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Uma Revisão Da Física Dos Sensores de Pressão e Seu Princípio de Funcionamento
Uma Revisão Da Física Dos Sensores de Pressão e Seu Princípio de Funcionamento
Uma Revisão Da Física Dos Sensores de Pressão e Seu Princípio de Funcionamento
Porque a tensão de pressão é igual em todo o volume do fluido, o fluido exercerá igual
pressão em todas as partes do vaso que o contem Assim a pressão F1/A1 é exercida
igualmente em todos os pontos da estrutura do sistema de fluido do macaco
hidráulico. Exercendo a pressão F1/A1 sobre uma área A2 resulta em uma força total
F2 agindo em A2. Portanto F2 = (F1/A1) x A2
Assim a pequena força aplicada ao pistão 1 de área A1 resulta em uma grande força
F2 na área A2. E como a natureza nunca lhe dá nda de graça, você sacrifica a
distância percorrida (tamanho do curso) para ter força maior - o volume do fluido
movido pelo pistão A1é o mesmo volume deslocado pelo pistão A2. Como a área A2 é
maior o deslocamento de mesmo volume resultará em menor curso. É claro que em
um macaco hidráulico real você tem um reservatório de fluido e um sistema de
válvulas anti-iretorno que permitirão a repetição do curso do pistão A1 sem perder o
percurso do pistão A2.
Peso é a força exercida pela gravidade sobre uma massa. Em unidades métricas,
força, massa e aceleração não estão relacionadas com a gravidade terrestre mas o
peso está. Se você quantificar o sistema em termos de massa, você terá que converte-
la em força (peso) usando a gravidade terrestre.
W=mg onde:
F = Força
m = Massa
a = Aceleração
W = Peso
g = Aceleração local da gravidade
Devido a grande variedade de unidades usadas para peso, massa e aceleração, estas
equações devem ser modificadas para incluir um fator de conversão b:
F = bma e W = bmg
onde:
b = fator numérico para garantir a consistência de unidades.
b = 1 W em newtons, m em quilogramas, g em m/s2
b = 1 W em dinas, m em gramas, g em cm/s2
b = 1/32.17 405 W em libra força, m em libra massa e g em ft./s2
b = 1/980.665 W em libra força, m em libra massa e g em cm/s2
b = 1/9.80 665 W em quilogramas força, m em quilograma massa, g em m/s2
Se você estiver lidando com unidades de pressão mistas você deve usar a tabela 1
abaixo ou o programa Convert (disponível) , para evitar erros matemáticos simples.
Pressão e Coluna de Fluido
A força que gera a pressão pode ser causada por
qualquer peso ou massa. Portanto o peso da
massa de uma coluna de fluido gera pressão. Uma
coluna de fluido gera uma pressão proporcional à
densidade do fluido e à altura da coluna de fluido. A
pressão a uma dada profundidade é independente
da área da coluna e da forma de seu vaso de
contenção (ver figura 1).
Deve estar claro que a pressão medida em qualquer altura da coluna é proporcional à
profundidade. Este fenômeno é usado para medida de profundidade. Por exemplo, a
pressão100 mm abaixo da superfície de uma coluna de mercúrio a 80ºF ( densidade
0.48879 lb/in3) é P= rh = 0.48879 h = 0.48879 x 100 = 48.879 psi. A 50 mm de
profundidade P= rh = = (0.48879)(50) = 24.4395 psi. Se a superfície do mercúrio
estiver exposta a pressão atmosférica o resultado é psi relativo e se estiver exposta ao
vácuo, o resultado é psi absoluto.
Uma variável critica para a conversão precisa de altura de coluna de fluido para
unidades de pressão (bar, Pa, etc) é a temperatura do fluido porque a densidade varia
com a temperatura. Com altas profundidades, a pressão em coluna de fluido pode
aumentar a densidade ligeiramente no fundo da coluna. A maiorias dos líquidos são
essencialmente incompressíveis e portanto este efeito é usualmente insignificante.
Porem se o fluido for compressível (como a atmosfera) a compressibilidade pode ser
significante. Assim a pressão atmosférica não deve variar diretamente com a altitude
(profundidade), mas a pressão da água é quase perfeitamente proporcional à
profundidade.
F2 = (F1/A) × A2 = P × A2
E isto é verdade para qualquer área escolhida no reservatório.
Efeitos Dinâmicos
Até aqui quando você aplicou uma força ou mediu o efeito da força, isto foi feito em
condições estáticas - depois de fazer a mudança (aplicando um transiente) você
deixou o sistema encontrar um estado de equilíbrio de longo termo onde qualquer
outra alteração era muito lenta para ser de algum interesse. Estes são as chamadas
medidas de pressão estática ou medidas em estado de repouso. Estas técnicas
somente são uteis em aplicações nas quais você somente está interessado em
condições de equilíbrio ou em condições de variações lentas.
TABELA 1
Tabela de Conversão de Unidades de Pressão
PSI Pascal Bar mbar In.Hg In.H2O mmHg mmH2O kg/cm Pasca
2
l
PSI 1 0.0001450 14.504 0.014504 0.49118 0.036127 0.019337 0.0014223 14.696 14.223
4
Pascal 6894.6 1 100000 100 3386.5 249.08 133.32 9.8068 101320 98067
Bar 0.06894 0.00001 1 0.001 0.03386 0.002490 0.001333 9.8068E- 1.0132 0.98068
6 5 8 2 05
mbar 68.946 0.01 1000 1 33.865 2.4908 1.3332 0.098068 1031.2 980.68
In.Hg 2.0359 0.0002952 29.529 0.029529 1 0.073552 0.039368 0.0028959 29.92 28.959
9
In.H2O 27.68 0.0040147 401.47 0.40147 13.596 1 0.53525 0.039372 406.78 393.72
mmHg 51.714 0.0075006 750.06 0.75006 25.401 1.8683 1 0.073558 760 735.59
mmH2 703.05 0.10197 10197 10.197 345.32 25.339 13.595 1 10332 10000
O
ATM 0.06804 9.8692E-06 0.9869 0.0009869 0.03342 0.002458 0.001315 9.6788E- 1 0.9678
5 2 2 2 3 8 05
2 0.07030 1.0197E-05 1.0197 0.0010197 0.03453 0.002539 0.001359 0.0001 1.0332 1
kg/cm
5 1 9 5
Pressão da coluna ou de nível é a altura de uma coluna do líquido até sua base na
qual uma dada pressão é desenvolvida devido a ação da gravidade sobre a massa de
fluido.
Reconhecimento
Material derivado do livro texto Dynamic Pressure Measurement Technology, editado
por Jon Wilsone publicado pela divisão Endevco da Meggitt Corp.
(*) Jon Wilson is Principal Consultant, The Dynamic Consultant, LLC, 32871 Via Del Amo, San
Juan Capistrano, CA 92675-4400;
voice and fax 949-196-7135, jonswwilson@compuservw.com or dynamic-
consultant@att.net.