11.6: Pressão manométrica, pressão absoluta e medição de pressão
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objetivos de aprendizagem
Ao final desta seção, você poderá:
- Defina a pressão manométrica e a pressão absoluta.
- Entenda o funcionamento dos barômetros aneroides e de tubo aberto.
Se você entrar mancando em um posto de gasolina com um pneu quase furado, notará que o medidor do pneu na companhia aérea está quase zero quando você começar a enchê-lo. Na verdade, se houvesse um furo no pneu, o medidor mostraria zero, mesmo que exista pressão atmosférica no pneu. Por que o medidor indica zero? Não há mistério aqui. Os medidores de pneus são simplesmente projetados para ler zero na pressão atmosférica e positivos quando a pressão é maior que a atmosférica.
Da mesma forma, a pressão atmosférica aumenta a pressão arterial em todas as partes do sistema circulatório. (Conforme observado no Princípio de Pascal, a pressão total em um fluido é a soma das pressões de diferentes fontes — aqui, o coração e a atmosfera.) Mas a pressão atmosférica não tem efeito líquido no fluxo sanguíneo, pois aumenta a pressão que sai do coração e também volta para ele. O importante é o quanto a pressão arterial é maior do que a pressão atmosférica. As medições da pressão arterial, como as pressões dos pneus, são feitas em relação à pressão atmosférica.
Resumindo, é muito comum que os manômetros ignorem a pressão atmosférica, ou seja, leiam zero à pressão atmosférica. Portanto, definimos a pressão manométrica como sendo a pressão relativa à pressão atmosférica. A pressão manométrica é positiva para pressões acima da pressão atmosférica e negativa para pressões abaixo dela.
Definição: Pressão manométrica
A pressão manométrica é a pressão relativa à pressão atmosférica. A pressão manométrica é positiva para pressões acima da pressão atmosférica e negativa para pressões abaixo dela.
De fato, a pressão atmosférica aumenta a pressão em qualquer fluido não fechado em um recipiente rígido. Isso acontece por causa do princípio de Pascal. A pressão total, ou pressão absoluta, é, portanto, a soma da pressão manométrica e da pressão atmosférica:
\[P_{abs} = P_g + P_{atm} \]
onde\(P_{abs}\) está a pressão absoluta,\(P_g\) é a pressão manométrica e\(P_{atm} \) é a pressão atmosférica. Por exemplo, se o medidor do pneu indicar 34 psi (libras por polegada quadrada), a pressão absoluta será de 34 psi mais 14,7 psi (\(P_{atm}\)em psi) ou 48,7 psi (equivalente a 336 kPa).
Definição: Pressão absoluta
A pressão absoluta é a soma da pressão manométrica e da pressão atmosférica.
Por razões que exploraremos posteriormente, na maioria dos casos, a pressão absoluta nos fluidos não pode ser negativa. Os fluidos empurram em vez de puxar, então a menor pressão absoluta é zero. (Uma pressão absoluta negativa é uma tração.) Assim, a menor pressão manométrica possível é\(P_g = -P_{atm} \) (isso torna\ (P_ {abs} |) zero).
Não há limite teórico para o tamanho de uma pressão manométrica.
Há uma série de dispositivos para medir a pressão, desde medidores de pneus até manguitos de pressão arterial. O princípio de Pascal é de grande importância nesses dispositivos. A transmissão ininterrupta da pressão por meio de um fluido permite o sensoriamento remoto preciso das pressões. O sensoriamento remoto geralmente é mais conveniente do que colocar um dispositivo de medição em um sistema, como a artéria de uma pessoa.
A figura mostra um dos muitos tipos de medidores de pressão mecânicos em uso atualmente. Em todos os manômetros mecânicos, a pressão resulta em uma força que é convertida (ou transduzida) em algum tipo de leitura.
Uma classe inteira de medidores usa a propriedade de que a pressão devido ao peso de um fluido é dada por\(P = h\rho g\).
Considere o tubo em forma de U mostrado na Figura, por exemplo. Esse tubo simples é chamado de manômetro. Na Figura (a), ambos os lados do tubo estão abertos para a atmosfera. A pressão atmosférica, portanto, empurra cada lado igualmente para baixo, de modo que seu efeito é cancelado. Se o fluido for mais profundo de um lado, haverá uma pressão maior no lado mais profundo, e o fluido flui para longe desse lado até que as profundidades sejam iguais.
Vamos examinar como um manômetro é usado para medir a pressão. Suponha que um lado do tubo em U esteja conectado a alguma fonte de pressão\(P_{abs}\), como o balão de brinquedo na Figura (b) ou o frasco de amendoim embalado a vácuo mostrado na Figura (c). A pressão é transmitida sem diminuição para o manômetro e os níveis do fluido não são mais iguais. Na Figura (b),\(P_{abs}\) é maior que a pressão atmosférica, enquanto na Figura (c),\(P_{abs}\) é menor que a pressão atmosférica. Em ambos os casos,\(P_{abs}\) difere da pressão atmosférica em uma quantidade\(h\rho g\), onde\(\rho\) está a densidade do fluido no manômetro. Na Figura (b),\(P_{abs}\) pode suportar uma coluna de fluido de altura e\(h\), portanto, deve exercer uma pressão\(h\rho g\) maior que a pressão atmosférica (a pressão manométrica\(P_g\) é positiva). Na Figura (c), a pressão atmosférica pode suportar uma coluna de fluido de altura e\(h\), portanto,\(P_{abs}\) é menor que a pressão atmosférica em uma quantidade\(h\rho g\) (a pressão manométrica\(P_g\) é negativa). Um manômetro com um lado aberto para a atmosfera é um dispositivo ideal para medir pressões manométricas. A pressão manométrica é\(P_g = h\rho g\) e é encontrada por meio da medição\(h\).
Os manômetros de mercúrio são frequentemente usados para medir a pressão arterial. Um manguito inflável é colocado na parte superior do braço, conforme mostrado na Figura. Ao apertar a lâmpada, a pessoa que faz a medição exerce pressão, que é transmitida sem diminuição para a artéria principal do braço e para o manômetro. Quando essa pressão aplicada excede a pressão arterial, o fluxo sanguíneo abaixo do manguito é interrompido. A pessoa que faz a medição diminui lentamente a pressão aplicada e escuta a retomada do fluxo sanguíneo. A pressão arterial pulsa devido à ação de bombeamento do coração, atingindo um máximo, chamado pressão sistólica, e um mínimo, chamado pressão diastólica, a cada batimento cardíaco. A pressão sistólica é medida observando o valor de\(h\) quando o fluxo sanguíneo começa pela primeira vez quando a pressão do manguito é reduzida. A pressão diastólica é medida observando quando o sangue flui sem interrupção. A pressão arterial típica de um adulto jovem eleva o mercúrio a uma altura de 120 mm na sistólica e 80 mm na diastólica. Isso é comumente citado como 120 sobre 80 ou 120/80. A primeira pressão é representativa da saída máxima do coração; a segunda é devido à elasticidade das artérias em manter a pressão entre os batimentos. A densidade do fluido de mercúrio no manômetro é 13,6 vezes maior que a da água, então a altura do fluido será 1/13,6 daquela em um manômetro de água. Essa altura reduzida pode dificultar as medições, então manômetros de mercúrio são usados para medir pressões maiores, como pressão arterial. A densidade do mercúrio é tal que\(1 \, mm \, Hg = 133 \, Pa\).
Definição: Pressão sistólica
A pressão sistólica é a pressão arterial máxima.
Definição: Pressão diastólica
A pressão diastólica é a pressão arterial mínima.
Exemplo\(\PageIndex{1}\): Calculating Height of IV Bag: Blood Pressure and Intravenous
Infusões
As infusões intravenosas geralmente são feitas com a ajuda da força gravitacional. Supondo que a densidade do fluido administrado seja de 1,00 g/ml, em que altura a bolsa intravenosa deve ser colocada acima do ponto de entrada para que o fluido entre na veia se a pressão arterial na veia estiver 18 mm Hg acima da pressão atmosférica? Suponha que a bolsa intravenosa seja dobrável.
Estratégia para (a)
Para que o fluido entre na veia, sua pressão na entrada deve exceder a pressão arterial na veia (18 mm Hg acima da pressão atmosférica). Portanto, precisamos encontrar a altura do fluido que corresponde a essa pressão manométrica.
Solução
Primeiro, precisamos converter a pressão em unidades SI. Desde\(1.0 \, mm \, Hg = 133 \, Pa\),
\[\begin{align*}P = 18 \, mm \, Hg \times \dfrac{133 \, Pa}{1.0 \, mm \, Hg} = 2400 \, Pa \\[5pt] &= 0.24 \, Pa \end{align*}\]
Discussão
A bolsa intravenosa deve ser colocada a 0,24 m acima do ponto de entrada no braço para que o fluido entre no braço. Geralmente, os sacos intravenosos são colocados acima disso. Você deve ter notado que as bolsas usadas para coleta de sangue são colocadas abaixo do doador para permitir que o sangue flua facilmente do braço para a bolsa, que é a direção de fluxo oposta à exigida no exemplo apresentado aqui.
Um barômetro é um dispositivo que mede a pressão atmosférica. Um barômetro de mercúrio é mostrado na Figura. Esse dispositivo mede a pressão atmosférica, em vez da pressão manométrica, porque há um vácuo quase puro acima do mercúrio no tubo. A altura do mercúrio é tal que\(h\rho g = P_{atm}\). Quando a pressão atmosférica varia, o mercúrio sobe ou desce, dando pistas importantes aos meteorologistas. O barômetro também pode ser usado como um altímetro, pois a pressão atmosférica média varia com a altitude. Barômetros e manômetros de mercúrio são tão comuns que unidades de mm Hg são frequentemente cotadas para pressão atmosférica e pressão arterial. A tabela fornece fatores de conversão para algumas das unidades de pressão mais usadas.
| Conversão para N/m 2 (Pa) | Conversão de atm |
| \(1.0 atm=1.013×10^5N/m^2\) | \(1.0 atm=1.013×10^5N/m^2\) |
| \(1.0dyne/cm^2=0.10N/m^2\) | \(1.0atm=1.013×10^6dyne/cm^2\) |
| \(1.0kg/cm^2=9.8×10^4N/m^2\) | \(1.0atm=1.013kg/cm^2\) |
| \(1.0lb/in.^2=6.90×10^3N/m^2\) | \(1.0atm=14.7lb/in.^2\) |
| \(1.0 mm Hg=133N/m^2\) | \(1.0atm=760 mm Hg\) |
| \(1.0 cm Hg=1.33×10^3N/m^2\) | \(1.0atm=76.0 cm Hg\) |
| \(1.0 cm water=98.1N/m^2\) | \(1.0atm=1.03×10^3cm water\) |
| \(1.0 bar=1.000×10^5N/m^2\) | \(1.0atm=1.013 bar\) |
| \(1.0 millibar=1.000×10^2N/m^2\) | \(1.0 atm=1013 millibar\) |
Fatores de conversão para várias unidades de pressão
Resumo
- A pressão manométrica é a pressão relativa à pressão atmosférica.
- A pressão absoluta é a soma da pressão manométrica e da pressão atmosférica.
- O medidor aneroide mede a pressão usando um arranjo de fole e mola conectado ao ponteiro de uma balança calibrada.
- Os manômetros de tubo aberto têm tubos em forma de U e uma extremidade está sempre aberta. É usado para medir a pressão.
- Um barômetro de mercúrio é um dispositivo que mede a pressão atmosférica.
Glossário
- pressão absoluta
- a soma da pressão manométrica e da pressão atmosférica
- pressão diastólica
- a pressão arterial mínima na artéria
- pressão manométrica
- a pressão em relação à pressão atmosférica
- pressão sistólica
- a pressão arterial máxima na artéria