Os Medidores de Dilatação de Líquido

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
Instituto de Engenharia Mecânica

Ensaio nº 01: Medidores de Temperatura

Disciplina: EME503.2

Curso: Engenharia Mecânica

Aluno: Bruno Yuki Rios Kawaguchi

Matrícula: 31650

Professor: Fagner Luis Goulart Dias

Turma: 03

Data e Hora do Ensaio: 14/03/2016  às 13h30min

Itajubá, 1/2016

1 INTRODUÇÃO

        Na indústria é essencial o controle das variáveis físicas durante os processos de fabricação a fim de garantir alta qualidade dos produtos, melhor rendimento e durabilidade das máquinas, além de garantir segurança durante o funcionamento do maquinário.

        Inúmeros processos de fabricação têm significativas perdas através da dissipação de calor, isso aumenta a temperatura do produto e das máquinas, o que pode levar a problemas como liquefação do produto e superaquecimento do maquinário, aquele dificilmente acontece enquanto este se não for bem monitorado tem alta probabilidade de ocorrer.

        Por esse motivo é fundamental o uso de medidores de temperaturas, em indústria o mais comum é o termopar, contudo há também medidores por efeitos mecânicos como variação de pressão, por efeitos radioativos como o pirômetro infravermelho.

        

2 MEDIDORES DE TEMPERATURA

2.1 Medidores de Dilatação de Líquido

        Os medidores de temperatura que operam a partir da dilatação de um líquido obedecem a lei de expansão de um líquido com a variação da temperatura em um recipiente fechado, a equação matemática que rege esse comportamento é dada por:

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        Em que  corresponde ao volume inicial do líquido,  é o coeficiente de dilatação do líquido e  a variação da temperatura.[pic 3][pic 4][pic 5]

        Os medidores são construídos a partir de um recipiente de vidro em que em seu interior há um capilar onde é inserido o líquido que fará a marcação da temperatura, o tamanho do recipiente depende da sensibilidade e precisão desejadas para a medição.

        Os líquidos mais utilizados são: mercúrio e álcool etílico.

        A aplicação desse termômetro é restrita a distância de medição, pois é necessário que haja contato entre as duas superfícies, a do medidor e a do objeto a ser medido, por esse motivo o uso dele é mais comum em laboratórios. A vantagem para esse tipo de medidor é a facilidade de medição, uma vez que a altura da coluna de líquido informa a temperatura.

        Para os termômetros de mercúrio a faixa de operação é de -38 à 550, já os medidores de álcool etílico tem faixa de operação de -100 à 70.[pic 6][pic 7][pic 8][pic 9]

        A Tabela 1 indica dois termômetros, suas respectivas faixas de operação, precisão e custo de aquisição.

Tabela 1 – Termômetros

	Faixa de Operação	Precisão	Custo
Termômetro de Mercúrio	[pic 10]	[pic 11]	R$243,59
Termômetro de Álcool Etílico	[pic 12]	[pic 13]	R$131,34

2.2 Medidores à Pressão de Gás

        Os medidores de temperatura à pressão de gás são constituídos por um bulbo, onde há o tubo de Bourdon, que consiste em um tubo fino na forma de “C” em que na sua extremidade há uma agulha para indicar a variação de pressão no tubo, conforme aumenta a pressão interna o tubo se modifica alterando a posição da agulha. No caso do medidor de temperatura, com a variação da temperatura do gás presente no capilar do instrumente, o gás dilata ou contrai modificando a pressão interna o que movimenta a agulha e acusa a temperatura em que se encontra o gás no interior do tubo. A lei de Gay-Lussac explica, matematicamente, este conceito:

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        O gás mais utilizado neste tipo de medidor é o nitrogênio, , pois a faixa de medição é, relativamente, grande: . A Tabela 2 exemplifica um medidor de temperatura que atua a partir da pressão de gás, e também indica algumas características.[pic 15][pic 16]

Tabela 2 – Medidor de Temperatura à Pressão de Gás

Marca	Willy
Modelo	TMS
Faixa de Medição	[pic 17]
Menor Subdivisão	[pic 18]
Precisão	1%

        Esse tipo de medidor é indicado para indicações de temperatura em equipamentos industriais, processos químicos, usinas geradoras de energia, contudo é contraindicado o uso em ambientes agressivos.

2.3 Medidores à Pressão de Vapor

        Assim como o medidor à pressão de gás, o termômetro à pressão de vapor utiliza do tubo de bourdon para realizar a medição da grandeza física, contudo a diferença entre os dois medidores está na substância utilizada no interior do capilar, no caso do medidor à pressão de vapor é inserido um gás liquefeito. A lei que rege, matematicamente, o funcionamento desse termômetro é enunciado por Dalton: “A pressão de vapor saturado depende somente da sua temperatura e não de seu volume”. Matematicamente:

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        Em que He representa o calor latente de evaporação do líquido. Alguns dos líquidos mais utilizados são: butano, tolueno, propano, dióxido de enxofre.

        As vantagens desse sistema de medição é o fácil manuseio, a grande taxa de medição de temperatura: , a alta resistência e o baixo custo de operação, contudo os termômetros à pressão de vapor têm longo tempo de resposta e pouca precisão.[pic 20]

        Mesmo com boas vantagens em relação ao medidor à pressão de gás, não foram encontrados medidores à pressão nas buscas em catálogos.