Quando você zera um manômetro digital antes de um teste, escolhe entre bar, psi ou kPa, ou se pergunta por que a pressão do nitrogênio caiu durante a madrugada, está usando ideias que levaram mais de dois séculos para ficar claras. A história da medição de pressão começa com uma bomba que não conseguia puxar água acima de certa altura e chega aos sensores de silício que hoje cabem na palma da mão.
Este texto passa pelos principais nomes dessa história, corrige alguns mitos que circulam por aí e mostra onde cada descoberta aparece no seu trabalho de campo.
Galileu Galilei (1564–1642): o termoscópio e o limite das bombas
Galileu é lembrado por um instrumento que não media pressão: o termoscópio. Era um bulbo de vidro com ar, ligado a um tubo fino mergulhado em água. Quando o ar do bulbo esquentava, ele se expandia e empurrava a coluna de água para baixo; quando esfriava, a água subia no tubo. Era um indicador de temperatura, sem escala, e só depois se percebeu que ele também reagia às variações da pressão do ar.
A contribuição de Galileu mais ligada à pressão está em outro ponto: ele registrou que as bombas de sucção não conseguiam elevar água acima de cerca de 10 metros, e não soube explicar o motivo. Essa pergunta em aberto foi o ponto de partida para Evangelista Torricelli, discípulo de Galileu e seu assistente nos últimos meses de vida.
Evangelista Torricelli (1608–1647): o barômetro de mercúrio
Em 1643, Torricelli encheu de mercúrio um tubo de vidro de cerca de 1 metro, fechado em uma ponta, e o virou dentro de uma bacia também cheia de mercúrio. A coluna desceu e parou em torno de 76 cm, deixando um espaço vazio no topo do tubo. Torricelli concluiu que o que sustentava a coluna era o peso do ar sobre a superfície da bacia: tinha nascido o barômetro, que mede a pressão atmosférica na superfície da Terra (e não "sob a terra", como às vezes se lê).
A mesma lógica explica o limite das bombas de Galileu. A atmosfera sustenta uma coluna de líquido cuja altura depende da densidade:
h = Patm / (ρ × g)
- Água (ρ ≈ 1.000 kg/m³): h = 101.325 / (1.000 × 9,807) ≈ 10,3 m
- Mercúrio (ρ ≈ 13.595 kg/m³): h = 101.325 / (13.595 × 9,807) ≈ 0,76 m
Por isso nenhuma bomba de sucção, por melhor que seja, eleva água acima de pouco mais de 10 m ao nível do mar. Na prática o limite é menor, por causa de perdas e da pressão de vapor da água. O nome de Torricelli ficou na unidade torr (1/760 da atmosfera padrão, cerca de 133,3 Pa), e unidades como mmHg e mH2O são herdeiras diretas desse experimento.
Blaise Pascal (1623–1662): a pressão cai com a altitude
Se a coluna de mercúrio é sustentada pelo peso do ar, ela deveria baixar no alto de uma montanha, onde há menos ar acima. Pascal propôs o teste e, em 1648, seu cunhado Florin Périer subiu o Puy de Dôme, na França, com um barômetro. Com cerca de mil metros de desnível, a coluna desceu vários centímetros. O próprio Pascal repetiu a medição, em escala menor, no alto de uma torre em Paris.
Uma conta aproximada mostra a ordem de grandeza: perto do nível do mar, a pressão atmosférica cai cerca de 12 hPa a cada 100 m, e essa taxa diminui conforme se sobe. Em 1.000 m, a queda total fica em torno de 110 a 115 hPa, o equivalente a cerca de 8,5 cm de mercúrio.
Pascal também formulou o princípio que leva o seu nome: a pressão aplicada a um fluido em repouso e confinado se transmite integralmente a todos os pontos do fluido. É a base de prensas, macacos e sistemas hidráulicos. A unidade do Sistema Internacional, o pascal (1 Pa = 1 N/m²), é uma homenagem a ele. Como 1 Pa é muito pequeno, no dia a dia usamos múltiplos: 1 bar = 100.000 Pa e 1 MPa = 10 bar.
O que isso muda no seu manômetro
A descoberta de Pascal é o motivo de existirem pressão absoluta e pressão manométrica. Em São Paulo, a cerca de 760 m de altitude, a atmosfera padrão fica em torno de 0,92 bar, e não 1,013 bar como ao nível do mar. Um instrumento absoluto "enxerga" essa diferença; um instrumento com referência atmosférica a desconta. No LEO Record, por exemplo, as faixas até 61 bar absolutos saem de fábrica com zero em 0 bar absoluto, e a função ZERO SET, acionada à pressão atmosférica, passa a medir em relação a ela. A diferença entre as referências está explicada em pressão absoluta, manométrica e diferencial.
Otto von Guericke (1602–1686): a bomba de vácuo e os hemisférios de Magdeburgo
O alemão Otto von Guericke, que foi prefeito de Magdeburgo, construiu por volta de 1650 a primeira bomba de ar capaz de retirar o ar de um recipiente. Na década de 1650 (há registros de demonstrações em Regensburg, em 1654, e em Magdeburgo), fez a demonstração mais famosa da época: juntou dois hemisférios de cobre, retirou o ar do interior e mostrou que parelhas de cavalos puxando em sentidos opostos não conseguiam separá-los. Bastava deixar o ar entrar de volta para que as metades se soltassem sozinhas.
O experimento tornou visível a força que a atmosfera exerce sobre qualquer superfície. É a mesma força que um vacuômetro mede quando você faz vácuo em uma linha.
Robert Boyle (1627–1691): pressão e volume de um gás
O irlandês Robert Boyle, com a ajuda de Robert Hooke, aperfeiçoou a bomba de ar e passou a estudar como o ar se comporta quando é comprimido ou expandido. Em 1662 publicou a relação que hoje chamamos de lei de Boyle (ou de Boyle-Mariotte, porque o francês Edme Mariotte chegou ao mesmo resultado em 1676): a temperatura constante, a pressão de um gás é inversamente proporcional ao seu volume.
P1 × V1 = P2 × V2
É essa relação que explica por que um teste pneumático guarda tanta energia: o gás comprimido ocupa pouco espaço e, se houver uma falha, se expande de uma vez. Por isso, em testes com gás, o procedimento e o responsável técnico definem pressões, distâncias e cuidados antes da pressurização.
Joseph Louis Gay-Lussac (1778–1850): pressão e temperatura
O químico e físico francês Gay-Lussac estudou, no início do século XIX, como os gases reagem ao aquecimento. A relação entre pressão e temperatura a volume constante é conhecida em muitos livros como lei de Gay-Lussac, embora Guillaume Amontons já tivesse observado o efeito por volta de 1700. A formulação correta não diz que a pressão é "equivalente" à temperatura, e sim proporcional à temperatura absoluta:
P1 / T1 = P2 / T2 (pressões absolutas, temperaturas em kelvin)
Exemplo: um gás a 30 °C (303,15 K) que esfria 1 °C perde cerca de 1/303 da sua pressão absoluta, ou 0,33%. Parece pouco, mas em um teste de estanqueidade a 30 bar isso significa cerca de 0,1 bar por grau. É a explicação de muitos testes "reprovados" sem vazamento nenhum, assunto que detalhamos em por que a pressão cai no teste sem ter vazamento. Por isso vale usar instrumentos que registram a temperatura junto com a pressão, como o LEO Record (que registra a temperatura do sensor no ponto de conexão).
Linha do tempo resumida
| Quando | Quem | Contribuição | Onde aparece hoje |
|---|---|---|---|
| c. 1593 e 1638 | Galileu | Termoscópio; limite de cerca de 10 m das bombas de sucção | Limite de sucção de bombas |
| 1643 | Torricelli | Barômetro de mercúrio | Unidades torr, mmHg, mH2O |
| 1648 (princípio: c. 1653) | Pascal (com Périer) | Queda da pressão com a altitude; princípio de Pascal | Pressão absoluta x manométrica; unidade pascal |
| Década de 1650 | Von Guericke | Bomba de vácuo; hemisférios de Magdeburgo | Vácuo e vacuômetros |
| 1662 | Boyle | Pressão x volume a temperatura constante | Energia armazenada em testes pneumáticos |
| Início do séc. XIX | Gay-Lussac | Pressão x temperatura a volume constante | Correção térmica em testes de estanqueidade |
| 1849 | Eugène Bourdon | Tubo de Bourdon | Manômetros analógicos de ponteiro |
| 1954 | Charles S. Smith | Efeito piezorresistivo no silício e no germânio | Sensores piezorresistivos |
Do tubo de Bourdon ao sensor de silício
Os nomes acima explicaram o que é a pressão e como ela se comporta. Faltava um jeito prático de medi-la no chão de fábrica. Em 1849, o francês Eugène Bourdon patenteou o tubo curvo que tende a se endireitar quando recebe pressão: ligado a um ponteiro, ele virou o manômetro analógico que ainda se vê em muitas instalações.
O passo seguinte veio em 1954, quando Charles S. Smith descreveu o efeito piezorresistivo no silício e no germânio: a resistência elétrica desses materiais muda de forma acentuada quando eles sofrem tensão mecânica. A partir daí, a pressão passou a virar sinal elétrico em sensores pequenos e robustos, que deram origem a transdutores, transmissores e manômetros digitais. Nesses instrumentos, duas das tecnologias mais usadas são comparadas em sensor piezorresistivo ou capacitivo, e um panorama dos instrumentos e aplicações está em medição de pressão industrial.
A variedade de unidades que você encontra no visor (bar, psi, kPa, mmHg, mH2O) é o rastro de toda essa história. Para converter sem erro, use a tabela de conversão de unidades de pressão.
Precisa de um instrumento para colocar essa física em prática no campo? Conheça a linha de manômetros digitais KELLER e fale com a equipe técnica da Kelltech para escolher o modelo e a faixa certos para a sua aplicação.
Fale com um especialista e encontre o produto certo para a sua aplicação.Equipe técnica da Kelltech, distribuidora oficial KELLER no Brasil.
Chamar no WhatsApp
