Manometros

INTRODUÇÃO

Objetivo:

Efetuar a calibração do manômetro de Bourdon através da bomba de aferição, utilizando de recursos gráficos para representar as diferenças entre os valores lidos no manômetro padrão e no a ser calibrado e o erro.

Conceituação teórica

Pressão define-se como uma grandeza que é quantificada através da razão entre a força (F) e a área (A) da superfície em questão, onde a força é aplicada. É possível determinar a pressão através de alguns instrumentos, entre eles o manômetro, o barômetro, piezômetro e o vacuômetro.

Segundo o Sistema Internacional, a pressão é medida na unidade N/m², unidade igualmente conhecida como Pascal (Pa). Existem outras unidades como bar, mmHg, atm .

Existe uma enorme variedade de métodos e equipamentos especificamente projetados para obter uma medição de Pressão, alguns baseiam seu funcionamento, como a medição da coluna hidrostática de um líquido de densidade conhecida como, por exemplo, o mercúrio. Outros medem a deformação mecânica de um sensor, seja ele um diafragma ou um tubo de Bourdon, ainda existem outros de medição indireta, analisam variações de propriedades físicas, como a condutividade térmica e viscosidade, de modo a obter medições de pressões tão baixas que sensores mecânicos não têm a sensibilidade necessária.

Os medidores de pressão são geralmente divididos em:

 Medidores Mecânicos:

o Manômetros de coluna de líquido.

o Manômetros elásticos

 Medidores elétricos:

o Manômetro de tensão

o Manômetro de resistência

o Manômetro de equilíbrio de força (oscilador)

o Manômetro magnético

o Manômetro de capacitância

Nessa prática serão utilizados medidores mecânicos, manômetros elásticos conhecidos como Manômetro de Bourdon, ilustrado abaixo:

O funcionamento deste tipo de manômetros é baseado na alteração da curvatura originada num tubo de secção elíptica pela pressão exercida no seu interior. A secção elíptica tende para uma secção circular com o aumento da pressão no interior do tubo levando a que o tubo se desenrole. Este tubo tem a uma das extremidades fechadas e ligada a um mecanismo (com rodas dentadas e mecanismos de alavanca) que permite transformar o seu movimento de "desenrolar" (originado pelo aumento de pressão no interior do tubo) no movimento do ponteiro do manômetro.

A medida da pressão é relativa uma vez que o exterior do tubo está sujeito à pressão atmosférica. Os tubos do manômetro podem ter 3 formas distintas sendo que o tubo em espiral é usado para baixas pressões e o tubo em hélice é usado para altas pressões.

Conceitos importantes

Resolução: é a menor variação da grandeza a medir que pode ser indicada ou registrada

pelo sistema de medição.

Sensibilidade: A sensibilidade de um instrumento de medição é a relação que existe entre uma divisão da escala graduada do instrumento e a medida que lhe corresponde

Exemplo: Se cada divisão de um comparador mede 3 mm e o valor dessa divisão é de 0,01 mm, a sensibilidade do instrumento será:

3 : 0,01 = 300 ou seja, amplia a medida 300 vezes

Incerteza: A incerteza do resultado de uma medição reflete a falta de conhecimento exato do valor do mensurando. O resultado de uma medição, após correção dos efeitos sistemáticos reconhecidos, é ainda, tão somente uma estimativa do valor do mensurando, por causa da incerteza proveniente dos efeitos aleatórios e da correção imperfeita do resultado para efeitos sistemáticos.

Calibração: conjunto de operações que estabelece, sob condições, a relação entre valores indicados por um instrumento de medição ou sistema de medição, ou valores representados por uma medida materializada, ou material de referencia e os valores correspondentes das grandezas estabelecidas por padrões

Exatidão: indica o quão próximo do valor real (do valor normalmente aceito como referência), está o valor medido.

Precisão: indica o quanto as medidas repetidas estão próximas umas das outras

Para ilustrar a diferença entre exatidão e precisão, veja os dardos que foram atirados nos alvos abaixo, sendo que em cada um foram lançados três dardos:

No primeiro, o atirador foi exato, mas não foi preciso, porque apesar de estarem perto do alvo central, os dardos estão distantes uns dos outros. No segundo, ele foi preciso, mas não foi exato, porque os dardos estão próximos uns dos outros, mas estão distantes do ponto central. O terceiro está exato e preciso, e, no último, o atirador não foi preciso nem exato.

Erros

Em geral, uma medição tem imperfeições que dão origem a um erro no resultado da medição. Há diversos tipos de erros possíveis, mas podemos englobá-los basicamente em duas categorias: aleatórios e sistemáticos. Aqui já estão sendo eliminados os erros grosseiros que podem decorrer, por exemplo, da má leitura das escalas, de ajustes imperfeitos do instrumento, ou seja, basicamente da imperícia ou desatenção da pessoa que está medindo. Os erros aleatórios decorrem de fatores não controlados na realização de medidas e seu efeito consiste em produzir ao acaso acréscimos e decréscimos no valor obtido. Estes efeitos aleatórios são a causa de variações em observações repetidas do mensurando. Embora não seja possível compensar o erro aleatório de um resultado de medição, ele pode geralmente ser reduzido aumentando-se o número de observações; seu valor esperado é zero. Os erros sistemáticos também não podem ser eliminados, porém podem ser reduzidos. Se um erro sistemático se origina de um efeito reconhecido de uma grandeza de influência em um resultado de medição, por exemplo, a má calibração de uma balança pode acrescer sistematicamente sempre a mesma quantidade nas medidas de uma determinada massa, este efeito pode ser quantificado e corrigido. Um fator de correção pode ser aplicado para compensar este efeito. Supõe-se que, após esta correção, o valor esperado do erro provocado por um efeito sistemático seja zero. Em resumo, os erros grosseiros podem e devem ser eliminados; os erros sistemáticos podem ser evitados ou compensados; os erros aleatórios não podem ser eliminados totalmente e deve-se conviver com eles, avaliando-os corretamente.

O erro de medição calculado nessa prática é dado por:

Erro = pressão verdadeira – pressão do manômetro sob teste

Curvas de erro

No gráfico de curva de erro, os erros são apresentados em função do valor indicado (leitura ou medida). O gráfico indica com clareza o comportamento do instrumento e prático para a determinação do resultado da medição.

Curvas de Calibração

A forma mais usual de se executar a calibração de um instrumento é através da curva de calibração, onde se compara os valores encontrados no instrumento a ser calibrado a um adotado como padrão, ou seja, suas medidas são as verdadeiras.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Na bomba de calibração, conforme figura, a pressão é obtida manualmente acionando o volante que se acha acoplada a um fuso com rosca sem fim. A pressão gerada é distribuída simultaneamente de igual valor pelos ramais de saída (manômetro de Bourdon padrão, manômetro de Bourdon a ser aferido). A montagem apresenta as seguintes partes:

1- Bomba de pistão manual.

2- Reservatório de óleo.

3- Manômetro de Bourdon padrão

4- Manômetro de Bourdon

a ser aferido.

Dados obtidos

Girando o volante da bomba, a pressão gerada foi distribuída aos dois manômetros e tais valores foram registrados numa faixa crescente e decrescente de 0,5 a 3,5 [kgf/cm²], conforme tabela abaixo:

Manômetro padrão Manômetro a ser aferido

Pressão crescente Pressão decrescente Pressão crescente Erro (Pcrescente) Pressão decrescente Erro (Pdecrescente)

kgf/cm² kgf/cm² kgf/cm² kgf/cm² kgf/cm² kgf/cm²

0,50 3,50 0,35 0,15 3,35 0,15

1,00 3,00 0,85 0,15 2,9 0,10

1,50 2,50 1,4 0,10 2,4 0,10

2,00 2,00 1,9 0,10 1,85 0,15

2,50 1,50 2,35 0,15 1,35 0,15

3,00 1,00 2,85 0,15 0,85 0,15

3,50 0,50 3,35 0,15 0,35 0,15

Com bases nesses dados foram geradas as curvas de calibração e erro

Análise dos dados

Observa-se diferenças na leitura do instrumento a ser aferido quando a pressão passa de crescente para decrescente, tendo apenas 2 valores iguais nessas duas situações. Tais podem ter sido ocasionadas por erro de leitura (erro grosseiro) ou pelo fato do óleo não ficar na mesma posição e, portanto, a leitura devia ser feita rapidamente. Há também divergências na leitura do manômetro padrão e o calibrado, podem estar relacionadas a um erro sistêmico, pois se observa diferença entre a pressão verdadeira e a calibrada na maior parte das vezes de 0,15 e, dessa forma, pode ser corrigido através de um fator de correção para compensar esse efeito.

CONCLUSÃO

A calibração de Manômetros de Bourdon é uma tarefa complexa, e de elevada importância, uma vez que se trata de um padrão primário de pressão. Portanto, deve-se atuar de forma a eliminar erros para se aproximar cada vez mais o instrumento aferido ao padrão tendo assim uma leitura mais próxima do valor verdadeiro. Para identificar tais erros recorre-se a ferramentas gráficas e estatísticas.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Guia de laboratório

Metrologia para inspetores, CEPRA - Desenvolvimento Curricular, disponível em: <http://opac.iefp.pt:8080/images/winlibimg.exe?key=&doc=72901&img=384>. Acesso em: 24.02.14

Medição de pressão, Autor indisponível, disponível em: <http://pt.scribd.com/doc/87394184/Medicao-de-Pressao-FAATESP> Acesso em: 24.02.14

Manômetros e Manometria, Autor indisponível, disponível em: <http://www.maquetescampinas.com/fenomenos/Aula_07_Manometria.pdf> Acesso em: 24.02.14