Revisão Laminação e Forjamento

 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ – UNIFEI

Instituto de Engenharia Mecânica – IEM

MEDIDA EXPERIMENTAL DE TEMPERATURA

EME503 – Termodinâmica I

Filipe Ewerton Pinto - 21645

Engenharia Mecânica Aeronáutica

Professora Dra. Lucilene Rodrigues

Setembro/2014

Itajubá – MG

1 - INTRODUÇÂO

        Na aula prática realizada conheceram-se diferentes tipos de objetos medidores de temperatura, os termômetros. O termômetro é um instrumento utilizado para medir a temperatura de uma determinada massa de gás, líquido ou sólido.

Na indústria em geral podem ser utilizados três tipos de termômetros: o de bulbo, o termopar e o infravermelho. Esses diferentes tipos de termômetros variam quanto ao método usado para se obter esses parâmetros, sua faixa de operação, sua aplicação e sua eficiência. Os termômetros são escolhidos para uso de acordo com a precisão e modo de obtenção da temperatura desejada.

2 - OBJETIVOS

Os objetivos deste experimento são:

1. Apresentar diversos tipos de termômetros no laboratório.
2. Apresentar um trabalho de pesquisa sobre os diversos medidores de temperatura, apontando faixa de uso, tipos de aplicação, precisão, etc.
3. Fazer medição de temperatura ambiente ou de um dispositivo (objeto) com o uso de diferentes termômetros.

3 - DESENVOLVIMENTO TEÓRICO

3.1 – Termometria

Temperatura

Do ponto de vista prático, temperatura é o potencial que causa o fluxo de energia na forma de calor. Lord Kelvin descobriu uma escala de temperatura baseada na entrada e rejeição de calor de uma máquina ideal operando segundo um Ciclo de Carnot entre duas fontes de temperaturas diferentes.

3.2 – Métodos para medição de temperaturas

A temperatura de um objeto não pode ser medida diretamente por comparação com um padrão, como é medido o comprimento. Entretanto, a temperatura pode ser determinada, medindo a variação de uma propriedade física de algum material que varia com a temperatura. É desejável que a propriedade física escolhida varie diretamente com a temperatura, caso contrário, é necessário que a variação seja constantemente reprodutível.

Algumas propriedades físicas utilizadas extensivamente para medidas de temperatura são:

• Expansão térmica de sólidos (bimetálico), líquidos e gases;
• Resistência elétrica;
• Efeitos térmicos elétricos;
• Radiação;
• Pontos de congelação e ebulição (vaporização) e fusão (6) cores das superfícies.

3.3 – Tipos de Medidores de Temperatura

3.3.1– Medição de temperatura por efeito mecânico

(a) Variação de Volume:

Termômetro de expansão volumétrica (Liquid in Glass-Thermomether ou Termômetro de líquido em vidro). As substâncias (por exemplo, o mercúrio ou um gás) expandem-se com a elevação da temperatura. Se a extensão da expansão, num caso particular, for correlacionada com os pontos de congelamento e de ebulição (vaporização) da água, e se a variação do volume for dividida em 100, ou em 180 partes iguais, o instrumento assim resultante pode ser usado para “ler” temperaturas.

Os líquidos usados são: o mercúrio (-38oC a 315oC, ou até 480oC, quando o termômetro tem nitrogênio comprimido sobre o mercúrio), o álcool etílico (faixa de temperatura -73oC a 145oC) e o pentano (-184oC a 21oC).

O limite superior para a operação dos termômetros de gás é da ordem de 1480oC. Uma vez que a variação de volume, provavelmente, não é proporcional a variações de temperatura, é preciso calibrar os termômetros para se ter exatidão.

(b) Variação de Pressão:

Quando um gás está confinado num volume constante, a sua pressão cresce quando a temperatura aumenta, conforme a equação do gás perfeito, Pv = RT e a variação de pressão pode ser correlacionada à variação de temperatura.

O bulbo contém líquido e vapor. Com o acréscimo de temperatura o líquido se evapora causando um aumento de pressão medido pelo manômetro calibrado onde se obtém a leitura da temperatura. É necessário usar líquidos com alto coeficiente de expansão, tais como: glicerina, tolueno, álcool e mercúrio.

(c) Termômetro de expansão de sólido (Termômetro bimetálico):

Este termômetro consiste de um dispositivo de indicação ou registro, um elemento sensor chamado bulbo de termômetro bimetálico e um meio para conectar os dois. É composto de dois metais com diferentes coeficientes de expansão térmica.

(d) Termômetro de Bulbo (Filled System Thermomether ou Pressure-actuated Thermometer)

Este tipo de termômetro consiste de um bulbo, um tubo capilar flexível ligado a um tubo de Bourdon e um dispositivo indicador (ponteiro) ligado ao tubo de Bourdon.

O tubo de Bourdon é um tubo em forma de espiral que se deforma à medida que a pressão varia dentro dele.

O elemento sensor (bulbo) contém um fluido que modifica suas características físicas devido à temperatura. Essa modificação é comunicada ao Bourdon através do tubo capilar. O movimento do Bourdon fornece um movimento essencialmente linear no ponteiro através de uma ligação mecânica em alguns instrumentos. O movimento do Bourdon está diretamente ligado a:

1. Mudança de volume do líquido dentro do bulbo.
2. Mudança da pressão do gás dentro do bulbo.
3. Mudança da pressão de vapor de um líquido dentro do bulbo.

3.3.2 – Medição de Temperatura por Efeito Elétrico

Os métodos elétricos são os mais convenientes porque fornecem sinais mais fácies de serem detectados e amplificados.

1. Modificação de resistividade elétrica (Termômetro de resistência elétrica)

A resistividade elétrica de alguns metais aumenta quase que proporcionalmente à elevação de temperatura. A temperatura é indicada através da medição da mudança na resistência elétrica de um filamento metálico. Os metais usados incluem o níquel, o cobre e a platina (nas medidas de alta precisão). As modificações de temperatura mediante as alterações de resistividade podem constituir os métodos mais precisos entre todos, no intervalo que fica mais ou menos entre -117oC e 182oC.