Ensaio de fugas por queda de pressão: distinga a fuga do arrefecimento

Para converter uma queda de pressão num caudal de fuga na entrada de cabo, multiplique o volume efetivo de gás pela queda de pressão, divida pelo tempo de medição e aplique depois a pressão e a temperatura de referência. Começo por separar a perda de gás do arrefecimento, das alterações de volume e das fugas do dispositivo de ensaio. Com esses efeitos controlados, o resultado fornece o caudal médio de perda de gás para o conjunto e as condições ensaiados.

O exemplo abaixo converte uma queda de 0,2 kPa num volume de 0,500 L ao longo de 60 segundos em 1,0 mL/min nas condições de referência indicadas. Um segundo cálculo mostra por que razão um arrefecimento de apenas 0,3 °C pode produzir uma queda de pressão semelhante.

Pontos-chave

• Inclua o dispositivo de ensaio e os tubos ligados no volume efetivo de gás.
• Confirme a estabilidade da temperatura do gás durante o intervalo de medição.
• Mantenha distintos a queda de pressão, o caudal pressão-volume e o caudal volumétrico de referência.
• Registe o gás, as condições de ensaio e as condições de referência juntamente com o resultado.
• Aplique o limite de aceitação do conjunto e a regra de decisão à mesma grandeza correspondente.

Defina o volume de gás e a fronteira de pressão

A taxa de fuga é a quantidade de fluido que atravessa um limite definido por unidade de tempo, nas condições indicadas. Começo por traçar esse limite em torno do espaço de gás ligado. Um ensaio completo de uma caixa de derivação inclui a junta da tampa e todas as entradas ligadas. Um dispositivo de ensaio que isola um único bucim mede um conjunto mais restrito. O glossário da taxa de fuga explica a grandeza e as condições da sua declaração.

Comece por identificar o gás, o sentido da diferença de pressão e as interfaces incluídas no ensaio. Se o invólucro completo estiver a ser ensaiado, a junta da tampa e as outras entradas podem contribuir para o resultado. O guia da integridade de vedação de caixas de derivação explica como identificar essas fronteiras.

O volume efetivo de gás é o espaço de gás comunicante representado pela medição da pressão, incluindo a cavidade da amostra, o dispositivo de ensaio e os tubos dentro do limite de isolamento. Os componentes sólidos deslocam gás, enquanto os tubos de ligação acrescentam volume. Determine este volume pelo método especificado para o banco de ensaio; use um volume equivalente calibrado quando o método de medição o exigir. A explicação de calibração de fugas da Cosmo Instruments descreve por que razão é necessário o volume interno equivalente para converter uma resposta de pressão em unidades de caudal de fuga.

Os erros de volume repercutem-se diretamente nesta conversão. Se o volume efetivo real for 0.5 L, mas introduzir 0.4 L, a taxa calculada será 20% inferior para a mesma queda de pressão registada. Por isso, determinar corretamente o volume é uma etapa anterior à conversão.

Que queda de pressão pode o arrefecimento causar?

Comparo o registo da pressão com o registo da temperatura do gás antes de converter a queda. O arrefecimento reduz a pressão mesmo quando a quantidade de gás se mantém constante. A equação dos gases ideais da NASA relaciona a pressão absoluta, o volume, a quantidade de gás e a temperatura absoluta. Para uma quantidade de gás e um volume fixos, a pressão varia proporcionalmente à temperatura em kelvin.

Considere um exemplo separado, sem fugas. O gás começa a 200 kPa absolutos e 20°C, ou 293.15 K. O cálculo usa a escala kelvin; a conversão de temperatura do NIST acrescenta 273.15 a um valor em graus Celsius. Se arrefecer apenas 0.3°C enquanto o volume se mantém constante, a queda de pressão prevista é:

É uma queda ligeiramente superior à perda de 0.2 kPa usada no exemplo de fuga abaixo. Interpretar toda a queda como gás que escapou produziria um resultado de fuga incorreto.

Por exemplo, suponha que um orçamento de medição hipotético permite, no máximo, 0,02 kPa de perda aparente de pressão por arrefecimento nestas condições iniciais. A relação dos gases a volume constante dá uma variação de temperatura admissível de 293.15 × 0.02 ÷ 200 = 0.029315 K, cerca de 0,029 °C. Uso este tipo de cálculo para comparar o controlo térmico necessário com a capacidade demonstrada do banco. Defina a parcela efetiva através do orçamento de incerteza da medição; a tolerância de 0,02 kPa indicada aqui é apenas ilustrativa.

Os dois casos hipotéticos abaixo começam nas mesmas condições. Um pressupõe perda de gás a temperatura estável; o outro mantém constante a quantidade de gás e permite que este arrefeça.

O enchimento pode deixar o gás e a amostra a temperaturas diferentes. Inicio o intervalo de deteção quando os critérios de estabilização do procedimento estiverem satisfeitos, usando as medições de temperatura adequadas àquele banco. A temperatura ambiente, por si só, pode não detetar alterações ainda em curso dentro da amostra. Um invólucro ou dispositivo de ensaio mecanicamente deformável também pode expandir após o enchimento, aumentando o volume de gás e reduzindo a pressão. Estes efeitos são especialmente importantes quando a queda medida é pequena.

NASA-STD-7012A, secção 5.5, inclui as pressões interna e barométrica, a temperatura, o volume da amostra e o volume do dispositivo de ensaio no seu método de queda de pressão para equipamento da NASA. Estas variáveis constituem uma referência útil de medição. Para uma entrada de cabo, use os critérios de estabilização, a pressão de ensaio e o limite de aceitação definidos para o conjunto e o banco efetivamente utilizados.

Calcule passo a passo a taxa de fuga nas condições de referência

Calculo primeiro o caudal pressão-volume e, em seguida, converto-o num caudal volumétrico em condições de referência explícitas. O modelo seguinte trata a perda de pressão como perda de gás ideal a volume efetivo e temperatura do gás constantes. O procedimento de medição controla as fugas do dispositivo de ensaio e outros efeitos de fundo. Use esta expressão para o intervalo estabilizado ao qual estas hipóteses se aplicam.

Registe os dados de entrada

Estes valores hipotéticos de um ensaio com ar descrevem um intervalo de medição estabilizado. Permitem acompanhar as unidades e o cálculo; selecione a pressão e o intervalo de ensaio efetivos através do procedimento de ensaio do conjunto:

A perda de pressão medida é $\Delta p=p_1-p_2$, resultando em 0.2 kPa. A pressão de referência de 100 kPa define o volume usado para apresentação do resultado; não é a pressão de ensaio nem a diferença de pressão através da vedação. Registe separadamente a pressão externa para descrever essa diferença de pressão do ensaio.

Calcule o caudal pressão-volume

Caudal pressão-volume: quantidade pressão-volume perdida por unidade de tempo, expressa aqui à temperatura do gás de ensaio. A volume e temperatura constantes, o seu valor médio é:

Com litros e quilopascais, a conversão numérica é simples: 1 kPa·L é igual a 1 Pa·m³. Isto decorre de 1 kPa = 1,000 Pa e 1 L = 0.001 m³; a conversão do litro está indicada nas tabelas de conversão do SI do NIST.

A temperatura do gás tem de acompanhar esta grandeza. Ela representa pressão multiplicada pelo volume por unidade de tempo, não um caudal volumétrico em L/min.

Converta para um caudal volumétrico de referência

Caudal volumétrico de referência: quantidade de gás perdida por unidade de tempo, expressa como o volume que ocuparia a uma pressão e temperatura especificadas. Aplicando a relação dos gases ideais, obtém-se:

Nesta equação, use o volume em L, ambos os termos de pressão em kPa, as temperaturas em K e o intervalo em segundos. O fator 60 converte o resultado para L/min. A razão de temperaturas usa temperaturas absolutas, mesmo quando um instrumento ou uma calculadora lhe pede para introduzir °C.

Para o exemplo indicado:

Registo este resultado como 1.0 mL/min de ar a 100 kPa absolutos e 20°C nas condições de referência, em média ao longo de 60 segundos. O ensaio começou a 200,0 kPa absolutos, com o gás a 20 °C. Registe também a pressão externa, pois determina a diferença de pressão que faz o gás atravessar o limite. A incerteza de medição e o limite aplicável completam a decisão de aceitação.

FerramentaPressão e ambienteTaxa de fuga por queda de pressãoPara reproduzir o exemplo, introduza 0.5 L, 200 e 199.8 kPa absolutos, 60 s, 20°C para ambas as temperaturas e 100 kPa de pressão absoluta de referência. Use dados estabilizados e o volume efetivo conectado.Qref = VΔp/pref × Tref/Tgas × 60/ΔtsVolume efetivo de ensaioPressão absoluta inicialPressão absoluta finalIntervalo de deteçãoAbrir calculadora ->

A ferramenta também devolve 0.2 kPa/min como taxa média de queda de pressão. Esse valor descreve o traçado da pressão; 1.0 mL/min descreve uma perda equivalente de volume de gás nas condições de referência escolhidas.

Mantenha juntos a grandeza, a unidade e as condições de referência

A comparação de dois valores de taxa de fuga começa por colocar lado a lado a grandeza, a unidade e as condições de referência. Os valores só são comparáveis quando descrevem a mesma grandeza em condições coincidentes.

Para a mesma perda de gás no exemplo, alterar apenas a pressão de referência usada para o reporte de 100 para 101.325 kPa produz cerca de 0.987 mL/min a 20°C. Nada no provete melhorou. O volume equivalente apresentado é que mudou.

Indico a pressão e a temperatura de referência junto de qualquer valor descrito como caudal volumétrico «padrão» ou «normal». O Serviço de calibração de fugas do NIST, Apêndice A, explica as diferentes grandezas de caudal de gás e as várias temperaturas usadas nas condições padrão. Alterar a referência de declaração redimensiona o volume associado a uma determinada perda de gás. Alterar a diferença de pressão real através de um vedante pode modificar a própria perda de gás; isso exige um ensaio correspondente ou um modelo de escoamento validado.

Use pressões absolutas nas entradas de pressão inicial e final da calculadora e na pressão de referência. A diferença entre duas leituras de pressão manométrica só é igual à diferença de pressão absoluta correspondente se a referência atmosférica não tiver mudado. A pressão absoluta também é relevante ao verificar o efeito térmico apresentado anteriormente.

Como separo a fuga da junta dos outros efeitos?

A queda de pressão mede a resposta líquida do espaço de gás ligado. Uso em conjunto o registo temporal, o registo de temperatura e os controlos do dispositivo de ensaio para identificar a verificação seguinte mais útil.

Uma folga comunicante na vedação do cabo, na vedação do painel ou no dispositivo de ensaio pode deixar escapar gás. A permeação transporta gás através de material intacto; o estudo do NIST sobre padrões de fugas por permeação distingue o fluxo através de um canal físico da difusão através de uma barreira material. O Serviço de calibração de fugas do NIST também identifica a desgaseificação como um contributo para a medição da pressão. Pelo balanço de gás, a absorção pelos materiais pode baixar a pressão, enquanto a libertação para o espaço medido pode mascarar parcialmente uma perda para o exterior. O guia sobre a permeação de gases e vapores através das vedações de prensa-cabos desenvolve estas distinções entre materiais e interfaces para entradas de cabos.

Os padrões observados abaixo ajudam a orientar a investigação. Cada padrão sugere uma verificação; o controlo ou a medição de temperatura associado determina se essa explicação se aplica.

Uso controlos medidos e repetíveis quando um procedimento exige uma correção de fundo. Uma alteração na resposta do dispositivo de ensaio obturado pode identificar um problema no banco antes de substituir qualquer vedante de cabo. Se vários percursos continuarem combinados na medição, mantenha o resultado associado ao limite completo ensaiado. Assim, o resultado é útil para comparar conjuntos sem confundir a perda total de gás com uma junta específica com fuga.

Compare o resultado com um limite de aceitação correspondente

Para avaliar o caudal calculado de 1,0 mL/min, compare-o com o limite aplicável ao conjunto nas mesmas condições. A comparação exige o mesmo gás, direção da pressão, pressão de ensaio, temperatura, condicionamento e referência de declaração. Verifico também o método e as interfaces incluídas. Um resultado de uma caixa completa inclui percursos que um dispositivo de ensaio de entrada única pode excluir; por isso, o limite e o limite físico devem descrever o mesmo conjunto.

Uma regra de decisão é o método acordado para considerar a incerteza de medição ao avaliar a conformidade com um limite. A ILAC-G8:09/2019 explica esta relação e a utilização de limites de aceitação. Aplique a regra especificada para o trabalho e acorde qualquer seleção necessária antes da medição. Assim, um resultado limítrofe recebe uma interpretação coerente.

Mantenha juntos estes dados para que o cálculo continue rastreável:

• O provete e as interfaces incluídas, a identidade do gás, o sentido da pressão e a pressão nos dois lados.
• O volume efetivo e a forma como foi determinado, o registo de temperatura, o critério de estabilização e o intervalo de deteção.
• As pressões medidas, a grandeza calculada e a unidade, as condições de referência e as verificações de efeitos de fundo relevantes.
• A capacidade de deteção do método, a incerteza de medição, o limite aplicável, a regra de decisão acordada e a decisão resultante.

Se o visor indicar zero, verifique a resolução do método e a capacidade de deteção demonstrada. Uma perda abaixo dessa capacidade pode permanecer por resolver, e os efeitos de fundo compensatórios podem reduzir a queda aparente. Declare o resultado distinguível ou o limite de deteção aplicável segundo a convenção de declaração do procedimento.

IEC 60529 classifica a proteção contra a entrada nos invólucros através dos ensaios aplicáveis. Mantenha o resultado de fuga de gás e a avaliação IP associados aos respetivos métodos de ensaio. Um ensaio de fuga de gás em produção pode apoiar a inspeção quando a sua relação com o desempenho exigido tiver sido validada para esse conjunto.

Conclusão

Converto um registo de queda de pressão num caudal de fuga definindo primeiro o volume ligado e verificando a temperatura, a estabilidade do volume e o fundo do dispositivo de ensaio. Depois calculo a perda de gás e declaro as condições de referência. No exemplo, o resultado é 1,0 mL/min a 100 kPa absolutos e 20 °C; o caso separado de arrefecimento mostra por que razão a temperatura deve ser considerada na interpretação.

Use a mesma fronteira física do espaço gasoso conectado e das interfaces incluídas no ensaio, o mesmo gás, as mesmas condições de pressão e a mesma base de declaração ao comparar o resultado com o limite de um conjunto. Aplique a regra de decisão acordada para a incerteza e registe o resultado com a configuração ensaiada para que continue a ser útil em inspeções ou diagnósticos posteriores.

Perguntas frequentes

Um resultado de queda de pressão pode comprovar um grau de proteção IP?

O índice IP é estabelecido através dos ensaios de proteção contra a entrada aplicáveis. A queda de pressão mede o comportamento do gás nas condições próprias do ensaio. Pode apoiar a inspeção de produção quando tiver sido validada uma correlação para o conjunto, mas um valor em mL/min não tem conversão universal para um código IP.

Posso introduzir pressão manométrica na calculadora?

Use as pressões absolutas inicial e final pedidas pela calculadora. Converta as leituras manométricas com a pressão atmosférica aplicável. Duas leituras manométricas dão a mesma diferença de pressão que as leituras absolutas quando a referência atmosférica se mantém constante. A pressão de referência e a pressão usada nos cálculos térmicos também têm de ser absolutas.

Um resultado zero significa que a entrada de cabos é estanque a gases?

Uma indicação de zero pode corresponder a uma alteração inferior à resolução ou à capacidade de deteção do método. A temperatura ou os efeitos de fundo também podem compensar parte da perda. Registo o resultado distinguível pelo método ou o limite de deteção juntamente com as condições de ensaio e, em seguida, aplico o limite especificado e a regra de decisão.

Porque é que o volume de ensaio tem de incluir a tubagem ligada?

A leitura da pressão representa todos os espaços de gás comunicantes dentro do limite de isolamento. Os tubos ligados e as cavidades do dispositivo de ensaio contribuem para a quantidade de gás correspondente a uma determinada queda de pressão. Use o volume efetivo ou o volume equivalente calibrado exigido pelo método, incluindo esses espaços ligados.

Fontes e referências técnicas

• Cosmo Instruments — Calibração de fugas, consultado em 2026-10-28.
• NASA Glenn Research Center — Equação de estado, consultado em 2026-10-28.
• NASA — NASA-STD-7012A, Requisitos de ensaio de fugas, 2023, secção 5.5, consultado em 2026-10-28.
• NIST — Guia do SI, Apêndice B.8: fatores para unidades enumeradas alfabeticamente, consultado em 2026-10-28.
• NIST — SP 250-38, Serviço de calibração de fugas do NIST, 1992, consultado em 2026-10-28.
• NIST — Padrões comerciais de fugas por permeação de hélio: propriedades e fiabilidade, 1996, consultado em 2026-10-28.
• ILAC — G8:09/2019, Diretrizes sobre regras de decisão e declarações de conformidade, consultado em 2026-10-28.
• IEC — IEC 60529:1989+AMD1:1999+AMD2:2013 CSV, Graus de proteção proporcionados pelos invólucros (Código IP), consultado em 2026-10-28.

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