Relatório De

Termopar

J. C. Filho Instituto de Física - Universidade Federal de Uberlândia

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Resumo. Neste relatório procurou-se compreender o funcionamento de um termopar e apresentam-se os resultados obtidos das diferentes temperaturas que existem ao longo de uma chama gerada por um bico de Bunsen. Através desse estudo, determinou-se que o maior valor de temperatura encontrado pelo termopar utilizado, está acima do limite que ele detecta 13,47%, segundo as notas do fabricante.

Palavras chave: Termopar, temperatura, bico de Bunsen.

Introdução

Neste relatório, sobre o termopar, apresenta os resultados obtidos de acordo com os experimentos realizados. Este tema é interessante, visto que em todas as instalações industriais, a medição de temperatura é de extrema importância, e quanto maior a precisão desta medida, melhor é o controle dos processos térmicos. Um dos modos a obter esse controle é com o uso de um termopar.

Neste experimento buscou-se analisar e caracterizar a chama do bico de Bunsen usando um termopar. Conforme se alterou a posição do termopar ao longo da chama, houve aumento da diferença de potencial, detectado pelo milivoltímetro. Com esse estudo, determinar a relação entre a diferença de potencial e a temperatura, e explicar a partir da análise e dos resultados obtidos a explicação para diferentes temperaturas ao longo da chama do bico de Bunsen.

Na primeira parte deste relatório possui os fundamentos teóricos que sustentam o experimento, em seguida o procedimento experimental executado. Após é apresentado os resultados e discussões e a conclusão, seguido da referência teórica.

Teoria

Para medir temperaturas necessita-se de equipamentos que sejam capazes de medir com a maior exatidão possível. Um dos materiais que respondem a esses critérios é o termopar. O termopar é a junção de dois metais ou ligas diferentes, que ao serem mantidas suas extremidades a temperaturas diferentes, aparece uma diferença de potencial entre as extremidades livres dos fios.

Ao ligar as extremidades livres dos fios a um milivoltímetro, este irá marcar uma diferença de potencial que é diretamente proporcional à diferença de temperatura entre a ponta quente e a ponta fria dos fios em contato.

Existem vários tipos de termopares, neste relatório será avaliado o do tipo K. Esse possui alumel e cromel como constituintes, e conseguem determinar variação de temperatura desde -270 ℃ a 1370 ℃.

Cada valor obtido da d.d.p está relacionado a uma temperatura ao longo da chama do bico de Bunsen. Para encontrar uma relação entre a d.d.p e a temperatura, deve-se usar de dados fornecidos pelo fabricante. Para o tipo do termopar usado, tem-se o seguinte gráfico, figura 1, fornecido pelo fabricante.

Figura 1: Gráfico de diferença de potencial por temperatura para os dois materiais que formam o termopar, conforme fabricante.

A figura 1, mostra que para a temperatura de 400 ºC existe uma d.d.p entre os dois fios, chamada de ΔV1, e a temperatura de 900ºC uma d.d.p, chamada de ΔV2. Com esses valores é possível criar duas equações de retas, conforme descritas abaixo.

∆V_1=a+bT_1 (1)

∆V_2=a+bT_2

Com as equações (1) podem ser retirados os coeficientes a e b. Esses coeficientes serão usados para calibrar a equação que irá relacionar a d.d.p obtida com a temperatura da chama no ponto exato da chama.

Conforme as equações (1) são necessárias os valores de ΔV1 e ΔV2, que são 7,6 mV e 18,6 mV, respectivamente. Esses valores são encontrados na figura 1. Com esses dados encontra-se que os coeficientes da reta de calibração são: a = -1,2 mV e b = 0,022 mV/ºC. Assim a reta calibrada é a seguinte expressão:

∆V=-1,2 mV+(0,022 mV/℃ )T (2)

Procedimento Experimental

O aparato experimental utilizado no procedimento foram fios de Cromel-Alumel, milivoltímetro, fios de extensão, bico de Bunsen e fósforos.

O procedimento experimental foi feito na seguinte sequência:

Ligou-se o milivoltímetro e em seguida iniciou a combustão no bico de Bunsen.

Colocou o termopar sobre a chama, e deslocou-o. Mediram-se quatro valores de diferença de potencial para cada posição do termopar ao longo da chama.

Resultados e Discussão

Os dados coletados e os resultados obtidos durante a realização do experimento encontram-se transcritos nas tabelas e gráficos a seguir.

Conforme descrito no procedimento, iniciou ligando o milivoltímetro. Este aparelho possui um erro de 0,1 mV. Este valor será usado para encontrar o erro no valor das temperaturas ao longo da chama.

De acordo com segunda parte do procedimento, foram realizadas quatro medidas de diferença de potencial ao longo da chama. As posições iniciaram do ponto mais baixo da chama até o topo. Os valores referentes a cada um dessas medidas se encontram na tabela 1.

Tabela 1: Valores da diferença de potencial por posição ao longo da chama.

# ∆V(mV)

1 15,1

2 21,2

3 30,4

4 33,0

Com a equação (2) e usando os valores da tabela 1, encontram-se os respectivos valores de temperatura para cada d.d.p medida. Os valores estão descritos na figura 3 abaixo. A reta vermelha e a reta de calibração, equação (2), e os pontos verdes são os dados obtidos conforme se alterou a posição ao longo da chama.

Figura 2: Gráfico de d.d.p por temperatura. A reta vermelha é a reta de calibração e os pontos estrelados verdes são os pontos obtidos experimentalmente.

De acordo com o gráfico da figura 3, pode-se construir a seguinte tabela.

Tabela 2: Valores das temperaturas e diferença de potencial por posição ao longo da chama, com erros associados.

∆V(mV) δ∆V(mV) T(℃) δT(℃)