Medição da Temperatura e Calibração

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Medição da Temperatura e Calibração
SUMÁRIO
1. RESUMO 3
2. INTRODUÇÃO 3
3. OBJETIVOS 3
4. MATERIAIS E MÉTODOS 3
5. RESULTADOS 4
6. CONCLUSÃO 10
1. RESUMO
A prática de fenômenos de transporte, medição de temperatura e calibração
desempenha um papel fundamental em várias áreas da engenharia, ciência e tecnologia. Esses
conceitos estão intimamente ligados à transferência de energia e matéria em sistemas físicos e
são essenciais para compreender e controlar processos complexos. Durante a prática 1 serão
abordadas técnicas de medição para examinar e compreender as propriedades termoelétricas
de dispositivos de medição e verificar as alterações causadas pela variação da temperatura.
2. INTRODUÇÃO
A temperatura consiste em uma grandeza física escalar que pode ser estabelecida
como a medida do grau de agitação das moléculas que formam um determinado corpo.
Quanto maior for a agitação dessa molécula maior será a temperatura do corpo e diante disso
mais quente ele vai estar e vice-versa. Para medir a temperatura existem três escalas
termométricas sendo elas Kelvin (K), Celsius (C) e Fahrenheit (F). A temperatura não possui
um limite máximo, ela pode chegar a infinitos valores, porém existe um limite mínimo que se
denomina zero absoluto que corresponde a -273.15 c onde o ponto de vibração molecular é o
menor possível. Quando se aquece um corpo as vibrações das moléculas aumentam e tendem
a se afastar uma das outras ocorrendo com isso a chamada dilatação térmica dos materiais,
quando um corpo se resfria ocorre a contração térmica. O aparelho que é utilizado para medir
a temperatura desse corpo é o termômetro, o qual existem diversos tipos sendo o mais comum
o composto por mercúrio ou álcool.
3. OBJETIVOS
Estudar as escalas de temperaturas comumente usadas e definir a diferença entre as
escalas de temperatura relativa e absoluta. Examinar a equação PRT de referência e usar as
equações corretas
4. MATERIAIS E MÉTODOS
Água pura e gelo;
● Cronômetro;
● Barômetro digital;
● Aparato de medição de temperatura e calibração Armfield;
Inicialmente serão preparados os equipamentos verificando se o agitador e o
aquecedor estão desligados e o hiposômetro/banho de água está frio. Em seguida o tubo com
fendas no respiro de vapor será removido e será feito o enchimento do hiposômetro/banho de
água até que o nível de água esteja entre as duas marcas superiores no visor de vidro e em
seguida o tubo será recolocado. Em seguida, será verificado se todos os sensores estão fixos
no suporte, e será realizado ajustes finais nas porcas do prensa-cabo. Após o ajuste deverá ser
verificado se os sensores estão conectados no console, verificando entrada por entrada, e por
fim colocar o suporte dos sensores em posição de verificação, inserindo-os através dos furos
na junta de vedação.
Com os materiais prontos, será realizada a leitura inicial e tomada os dados. Em
seguida, será ligado o aquecedor e serão tomados os dados à medida que a temperatura sobe
em um intervalo de 5ºC. Quando a água alcançar o ponto de ebulição, permanecer nessa
temperatura por vários 5 minutos e observar as variações nos sensores. Em seguida desligar o
aquecedor e manter o agitador funcionando, e realizar a tomada dos dados em intervalos
iguais de 5ºC à medida que a temperatura cai.
5. RESULTADOS
Dados coletados:
Pressão barométrica dentro da sala: 93 KPa
Ponto de ebulição da água: 97,70°C
Wref: 1,38387 (valor encontrado na tabela Resistência de Platina)
R(0°C): 101,24 Ω R(T):
137,49 Ω
A relação de resistência de termômetro W, pode ser obtido através da fórmula:
W=R(T)/R(0,00°C)
W=137,49/101,24
W= 1,358060055
Usando o valor W e Wref, conseguimos achar o coeficiente “a”.
𝑎 = 
(𝑊 − 𝑊𝑟𝑒𝑓)
(𝑤 − 1)
𝑎 = 
(1,358060055 − 1,38387)
(1,35806005 − 1)
-0,072082726𝑎 = 
Foi efetuado o cálculo de W para cada medida de temperatura. Através da seguinte equação:
W = R(T)/R(0.00°C)
Realizando os cálculos para o tempo igual 0 min, por exemplo, tem-se:
W = 115,75Ω/101,24°C
W = 1,1433227973
Cálculos para o tempo igual 2 min:
W = 121,38Ω/101,24°C
W = 1,1989332280
Assim sendo feito para todos os tempos especificado na tabela.
Com os valores de W para todas as medições, foram determinadas as temperaturas de
referência adimensionais
Wref através da seguinte fórmula:
W - Wref = a (W-1)
Onde “a” é o coeficiente obtido anteriormente e será constante para todas as medidas. Já o W
irá variar para todas as tomadas de tempo. Obtendo diferentes Wref de acordo com o modelo
para o tempo igual 0 min apresentado a seguir.
Wref = 1,1433227973 -(-0,072082726) x (1,1433227973 - 1)
Wref = 1,1536538952
Tempo 2 minutos:
Wref = 1,1989332280 -(-0,072082726) x (1,1989332280 - 1)
Wref = 1,2132728773
Através da fórmula obtivemos o Wref Wref = W - a (W-1) de cada minuto contabilizado
diante a W correspondente. Na sequência, foram estimadas as temperaturas T (PT100 IND)
[°C] por meio da equação abaixo:
𝑇/°𝐶 = 𝐷0+∑𝐷𝑖 {[(𝑊𝑟𝑒𝑓) − 2,64]/1,64}i [1]
Onde o Wref foi obtido anteriormente para cada tomada de tempo. E os valores de Di
correspondem a:
Tabela 1: Relações de valor de Di.
i Di
0 439,932854
1 472,418020
2 37,684494
3 7,472018
4 2,920828
5 0,005184
6 -0,963854
7 -0,188732
8 0,191203
9 0,049025
Fonte: Autores,2023
Vamos abrir o somatório e no final colocar a soma na equação [1]
T[°C](0s) [D=1]= 472,418020*{ 1,1536538952-2,64/1,64}^1= -428,15651
T[°C](0s) [D=2]= 37,684494*{ 1,1536538952-2,64/1,64}^2= 30,95387
T[°C](0s) [D=3]= 7,472018*{ 1,1536538952-2,64/1,64}^3= -5,56245
T[°C](0s) [D=4]= 2,920828*{ 1,1536538952-2,64/1,64}^4= 1,97065
T[°C](0s) [D=5]= 0,005184*{ 1,1536538952-2,64/1,64}^5= -0,00317
T[°C](0s) [D=6]= -0,963854*{ 1,1536538952-2,64/1,64}^6= -0,53416
T[°C](0s) [D=7]= -0,188732*{ 1,1536538952-2,64/1,64}^7= 0,09479
T[°C](0s) [D=8]= 0,191203*{ 1,1536538952-2,64/1,64}^8= 0,08704
T[°C](0s) [D=9]= 0,049025*{ 1,1536538952-2,64/1,64}^9= -0,02023
Somatório= -401,17017
T[°C](0s) = 439,932854- 401,17017= 38,76
T(PT100 ind)°C= 38,76 em T0
Tempo 2 minutos:
T[°C](2s) [D=1]= 472,418020*{ 1,2132728773-2,64/1,64}^1= -410,98268
T[°C](2s) [D=2]= 37,684494*{ 1,2132728773-2,64/1,64}^2= 28,52048
T[°C](2s) [D=3]= 7,472018*{ 1,2132728773-2,64/1,64}^3= -4,91959
T[°C](2s) [D=4]= 2,920828*{1,2132728773 -2,64/1,64}^4= 1,67299
T[°C](2s) [D=5]= 0,005184*{1,2132728773-2,64/1,64}^5= -0,00258
T[°C](2s) [D=6]= -0,963854*{ 1,2132728773-2,64/1,64}^6= -0,41783
T[°C](2s) [D=7]= -0,188732*{1,2132728773-2,64/1,64}^7= 0,07117
T[°C](2s) [D=8]= 0,191203*{1,2132728773-2,64/1,64}^8= 0,06273
T[°C](2s) [D=9]= 0,049025*{1,2132728773 -2,64/1,64}^9= -0,01399
Somatório= -386,00930 T[°C](0s) = 439,932854- 386,00930= 53,92
T(PT100 ind)°C= 53,92 em T2
Tempo 4 minutos:
T[°C](4s) [D=1]= 472,418020*{ 1,2653733022-2,64/1,64}^1= -395,97465
T[°C](4s) [D=2]= 37,684494*{1,2653733022 -2,64/1,64}^2= 26,47552
T[°C](4s) [D=3]= 7,472018*{ 1,2653733022 -2,64/1,64}^3= -4,40008
T[°C](4s) [D=4]= 2,920828*{1,2653733022 -2,64/1,64}^4= 1,44168
T[°C](4s) [D=5]= 0,005184*{1,2653733022 -2,64/1,64}^5= -0,00214
T[°C](4s) [D=6]= -0,963854*{1,2653733022 -2,64/1,64}^6= -0,33424
T[°C](4s) [D=7]= -0,188732*{1,2653733022 -2,64/1,64}^7= 0,05486
T[°C](4s) [D=8]= 0,191203*{1,2653733022 -2,64/1,64}^8= 0,04658
T[°C](4s) [D=9]= 0,049025*{1,2653733022 -2,64/1,64}^9= -0,01001
Somatório= -372,70248 8 T[°C](0s) = 439,932854- 372,70248= 67,23
T(PT100 ind)°C= 67,23 em T4
Tempo 6 minutos:
T[°C](6s) [D=1]= 472,418020*{ 1,3131320250-2,64/1,64}^1= -382,21728
T[°C](6s) [D=2]= 37,684494*{1,3131320250-2,64/1,64}^2= 24,66780
T[°C](6s) [D=3]= 7,472018*{1,3131320250 -2,64/1,64}^3= -3,95721
T[°C](6s) [D=4]= 2,920828*{1,3131320250-2,64/1,64}^4= 1,25153
T[°C](6s) [D=5]= 0,005184*{1,3131320250-2,64/1,64}^5= -0,00180
T[°C](6s) [D=6]= -0,963854*{1,3131320250-2,64/1,64}^6= -0,27035
T[°C](6s) [D=7]= -0,188732*{1,3131320250-2,64/1,64}^7=0,04283
T[°C](6s) [D=8]= 0,191203*{1,3131320250-2,64/1,64}^8= 0,03510
T[°C](6s) [D=9]= 0,049025*{1,3131320250-2,64/1,64}^9=-0,00728
Somatório= -360,45666 T[°C](0s) = 439,932854- 360,45666= 79,48
T(PT100 ind)°C= 79,48 em T6
Tempo 8 minutos:
T[°C](8s) [D=1]= 472,418020*{ 1,3540075615-2,64/1,64}^1= -370,44268
T[°C](8s) [D=2]= 37,684494*{1,3540075615-2,64/1,64}^2= 23,17138
T[°C](8s) [D=3]= 7,472018*{1,3540075615 -2,64/1,64}^3= -3,60265
T[°C](8s) [D=4]= 2,920828*{1,3540075615-2,64/1,64}^4= 1,10429
T[°C](8s) [D=5]= 0,005184*{1,3540075615-2,64/1,64}^5= -0,00154
T[°C](8s) [D=6]= -0,963854*{1,3540075615-2,64/1,64}^6= -0,22407
T[°C](8s) [D=7]= -0,188732*{1,3540075615-2,64/1,64}^7=0,03440
T[°C](8s) [D=8]= 0,191203*{1,3540075615-2,64/1,64}^8=0,02733
T[°C](8s) [D=9]= 0,049025*{1,3540075615-2,64/1,64}^9= -0,00550
Somatório= -349,93903 T[°C](0s) = 439,932854- 349,93903= 89,99
T(PT100 ind)°C= 89,99 em T8
Tempo 10 minutos:
T[°C](10s) [D=1]= 472,418020*{1,3765632333-2,64/1,64}^1= -363,94530
T[°C](10s) [D=2]= 37,684494*{1,3765632333-2,64/1,64}^2= 22,36568
T[°C](10s) [D=3]= 7,472018*{1,3765632333-2,64/1,64}^3= -3,41639
T[°C](10s) [D=4]= 2,920828*{1,3765632333-2,64/1,64}^4= 1,02883
T[°C](10s) [D=5]= 0,005184*{1,3765632333-2,64/1,64}^5= -0,00141 9
T[°C](10s) [D=6]= -0,963854*{1,3765632333-2,64/1,64}^6= -0,20150
T[°C](10s) [D=7]= -0,188732*{1,3765632333-2,64/1,64}^7= 0,03040
T[°C](10s) [D=8]= 0,191203*{1,3765632333-2,64/1,64}^8= 0,02372
T[°C](10s) [D=9]= 0,049025*{1,3765632333-2,64/1,64}^9= -0,00469
Somatório= -344,12065 T[°C](0s) = 439,932854- 344,12065= 95,81
T(PT100 ind)°C= 95,81 em T10
Tempo 12 minutos:
T[°C](12s) [D=1]= 472,418020*{1,3797400884-2,64/1,64}^1= -363,03018
T[°C](12s) [D=2]= 37,684494*{1,3797400884-2,64/1,64}^2= 22,25334
T[°C](12s) [D=3]= 7,472018*{1,3797400884-2,64/1,64}^3= -3,39068
T[°C](12s) [D=4]= 2,920828*{1,3797400884-2,64/1,64}^4= 1,01852
T[°C](12s) [D=5]= 0,005184*{1,3797400884-2,64/1,64}^5= -0,00139
T[°C](12s) [D=6]= -0,963854*{1,3797400884-2,64/1,64}^6= -0,19848
T[°C](12s) [D=7]= -0,188732*{1,3797400884-2,64/1,64}^7= 0,02986
T[°C](12s) [D=8]= 0,191203*{1,3797400884-2,64/1,64}^8= 0,02325
T[°C](12s) [D=9]= 0,049025*{1,3797400884-2,64/1,64}^9= -0,00458
Somatório= -343,30033 T[°C](0s) = 439,932854- 343,30033= 96,63
T(PT100 ind)°C= 96,63 em T12
Tempo 14 minutos:
T[°C](14s) [D=1]= 472,418020*{1,3824933629-2,64/1,64}^1= -362,23707
T[°C](14s) [D=2]= 37,684494*{1,3824933629-2,64/1,64}^2= 22,15621
T[°C](14s) [D=3]= 7,472018*{1,3824933629-2,64/1,64}^3= -3,36851
T[°C](14s) [D=4]= 2,920828*{1,3824933629-2,64/1,64}^4= 1,00965
T[°C](14s) [D=5]= 0,005184*{1,3824933629-2,64/1,64}^5= -0,00137
T[°C](14s) [D=6]= -0,963854*{1,3824933629-2,64/1,64}^6= -0,19589
T[°C](14s) [D=7]= -0,188732*{1,3824933629-2,64/1,64}^7= 0,02941
T[°C](14s) [D=8]= 0,191203*{1,3824933629-2,64/1,64}^8= 0,02285
T[°C](14s) [D=9]= 0,049025*{1,3824933629-2,64/1,64}^9= -0,00449
Somatório= -342,58921 T[°C](0s) = 439,932854- 342,58921= 97,34
T(PT100 ind)°C= 97,34 em T14
Tabela 2 dos resultados sobre os dados obtidos no experimento:
Fonte: Autores,2023
Gráfico : comparativo das leituras das temperaturas indicadas pelo termômetro de referência
PT100 e as temperaturas calculadas com base na saída do PT100 Ind
Fonte: Autores,2023
6. CONCLUSÃO
Pela análise do gráfico e de todos os cálculos feitos durante o processo, é possível
observar que há pouca discrepância entre as temperaturas no experimento. Conclui-se que o
limite de erro do experimento foi aceitável, o que sugere que a análise foi feita de forma
confiável e com os materiais calibrados. A partir disso, é evidente que as diferenças de
temperatura no experimento são mínimas, indicando que os resultados obtidos se
aproximaram significativamente do que seria esperado na realidade.
Portanto, através da análise do ensaio de “Medições de Temperatura e Calibração” no
Laboratório de Fenômenos de Transporte, bem como a descrição e as pesquisas feitas ao
decorrer do relatório, foi possível alcançar os objetivos propostos, tais como entender a
utilização dos equipamentos de medição de temperatura, os quais apresentaram resultados
bem precisos, não evidenciando a necessidade da calibração.
Ademais, a prática proposta foi extremamente importante para o conhecimento
pessoal e coletivo do grupo, visando o estudo de um tema geral junto à utilização de
equipamentos inabituais.