CALIBRAÇÃO DE UM TERMOPAR

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS UFAM
		FACULDADE DE TECNOLOGIA – FT
GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA QUÍMICA – FT12
CURSO DE FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL B – IEF102
PROFESSOR DR. OLEG GRIEGORIEVICH BALEV
 
 MATRÍCULA
 LAÍS AMORIM REIS 21602327
UNIDADE IV – CALIBRAÇÃO DE UM TERMOPAR
Data do experimento: 05/05/2017.
Disciplina: IEF102 – Física geral e experimental B.
Grupo: Laís Amorim Reis
Jadson Pantoja dos Santos
Vitória Ingrid Figueira Silveira
Manaus/AM
2017
 
LAÍS AMORIM REIS
UNIDADE III – CALIBRAÇÃO DE UM TERMOPAR
Relatório de aula prática, apresentado como pré-requisito à obtenção de nota parcial referente ao semestre 2017/1 e à disciplina Física Geral e Experimental B, ministrada pelo Prof. Oleg Grigorrievich Balev, da Universidade Federal do Amazonas – UFAM.Relatório apresentado como requisito para obtenção de nota parcial referente ao semestre 2016/2 e à disciplina Física Geral e Experimental B, sob orientação do professor Marcel Bruno Pereira Braga, do Departamento de Física da Universidade Federal do Amazonas – UFAM.
Relatório apresentado como requisito para obtenção de nota parcial referente ao semestre 2016/2 e à disciplina Física Geral e Experimental B, sob orientação do professor Marcel Bruno Pereira Braga, do Departamento de Física da Universidade Federal do Amazonas – UFAM.
Manaus/AM
2017
SUMÁRIO
1-INTRODUÇÃO	3
2- FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA	5
3-PROCEDIMENTOS	6
3.1 - Procedimento Experimental	6
3.2 - Materiais	6
4-TRATAMENTO DE DADOS	7
5-CONCLUSÃO	9
6-REFERÊNCIAS	10
1-INTRODUÇÃO 
	A seguir serão apresentados todos os aspectos referentes à atividade experimental realizada em laboratório com o intuito de discutir o princípio do funcionamento de termopares, o modo que são construídos e calibrados. Termopares são os sensores de temperaturas mais utilizados nas aplicações industriais, seja pela sua robustez ou pela sua praticidade. O presente relatório contém as análises relativas à calibração do termopar tipo T a partir da utilização de um micro voltímetro, termômetro digital e fios de cobre. Em todas as instalações industriais, a medição da temperatura é de extrema importância, permite a medição de níveis de energia térmica, conhecer a eficiência dos equipamentos térmicos e assim poder corrigir as suas condições de funcionamento, bem como conhecer a eficiência de ciclos termodinâmicos. Tendo em vista a importância e necessidade de se possuir um total controle sobre processos térmicos, consta neste documento um dos modos de se obter este controle, que é através de um termopar e de um circuito eletrônico na qual o sinal é otimizado a fim de poder utilizá-lo na instrumentação industrial. 
2- FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
	Definimos Termopares como sensores de medição de temperatura que são constituídos por dois condutores metálicos e distintos, puros ou homogêneos. São baratos, podem medir uma vasta gama de temperaturas e podem ser substituídos sem introduzir erros relevantes. A sua maior limitação é a exatidão, uma vez que erros inferiores a 1 °C são difíceis de obter. A junção de dois metais gera uma tensão elétrica que é função da temperatura. O funcionamento dos termopares é baseado neste fenômeno, conhecido como Efeito de Seebeck. Este se define como a produção de uma diferença de potencial (tensão elétrica) entre duas junções de condutores (ou semicondutores) de materiais diferentes quando elas estão a diferentes temperaturas (força eletromotriz térmica). O princípio termoelétrico dos termopares deriva de uma propriedade física dos condutores metálicos submetidos a um gradiente térmico em suas extremidades: a extremidade mais quente faz com que os elétrons dessa região tenham maior energia cinética e se acumulem no lado mais frio, gerando uma diferença de potencial elétrico entre as extremidades do condutor na ordem de alguns millivolts (mV).
Existem tabelas normalizadas que indicam a tensão produzida por cada tipo de termopar para todos os valores de temperatura que suporta. Contudo, não basta ligar um voltímetro ao termopar e registrar o valor da tensão produzida, uma vez que ao ligarmos o voltímetro estamos a criar uma segunda (e indesejada) junção no termopar. Para se fazer medições exatas, devemos compensar este efeito (o que é feito recorrendo a uma técnica conhecida por compensação por junção fria). A leitura desta segunda temperatura, em conjunto com a leitura do valor da tensão do próprio termopar é utilizada para o cálculo da temperatura verificada na extremidade do termopar. Em aplicações menos exigentes, a compensação da junção fria é feita por um semicondutor sensor de temperatura, combinando o sinal do semicondutor com o do termopar.
3-PROCEDIMENTOS
3.1 - Procedimento Experimental
Primeiramente, foi feita a montagem do sistema conforme ilustrado no tópico abaixo. Neste experimento, a junção de referência foi mantida à temperatura ambiente. 
Em seguida, a junção de medida do termopar foi mergulhada na água à temperatura ambiente, medindo, com o multímetro ajustado na escala de 200mV, a diferença de potencial e, com o termômetro de mercúrio, a temperatura da água (To).
A diferença de potencial no termopar foi medida para os diversos valores de temperatura da água com variação de 5ºC, conforme se encontra no Tratamento de Dados.
3.2 - Materiais
2 pedaços de fios de Constantan
1 pedaço de fio de cobre
1 ebulidor de imersão
1 termômetro
1 multímetro
1 haste
2 grampos com isoladores
2 fios de conexões 
1 recipiente com água
 Figura 1 Montagem do Experimento
	 
4-TRATAMENTO DE DADOS
	Primeiramente, foi registrado o valor referente a temperatura inicial. Em seguida, com os dados obtidos na atividade experimental, foi possível construir a seguinte tabela que relaciona a temperatura(ºC) com sua respectiva diferença de potencial(mV).	 
Tabela 1. Temperatura e Diferença de Potencial
	Temperatura ()
	D.D.P (mV)
	() = 27,5
	0,2
	() = 32,5
	0,4
	() = 37,5
	0,6
	() = 42,5
	0,8
	() = 47,5
	1,0
	() = 52,5
	1,2
	
	Portanto, através dos valores observados, foi possível construir o seguinte gráfico que apresenta a diferença de potencial(mV) em função da temperatura da água(ºC):
Gráfico 1 Diferença de Potencial(mV) x Temperatura(ºC)
	Com base neste gráfico, é possível observar o coeficiente Seebeck, que é obtido através do resultado da regressão linear do mesmo, foi constante na faixa de temperatura observada, uma vez que a diferença de potencial apresenta variação contínua. Em seguida foi feita a regressão linear a fim de determinar este coeficiente.
Resultado da regressão linear:
	V(T) = 0.04T - 0.9, esta é a função que descreve o comportamento do gráfico. Sendo assim, o valor encontrado para o coeficiente de Seebeck foi de 0,04 mV/ºC. Portanto, a equação de calibração do termopar é a seguinte:
	Ao aplicar, para , a variação de 5ºC observada, nota-se que o valor de 0,2mV.
	 
5-CONCLUSÃO
	O termopar é um equipamento muito útil para medição de temperatura, especialmente as elevadas, seu funcionamento se baseia excitação de elétrons por meio de uma tensão elétrica, com objetivo de medir a diferença de temperatura entre dois objetos, esse comportamento é conhecido como Efeito Termoelétrico (Efeito Seebeck). Portanto, deu-se início o experimento, a temperatura inicial por sua vez foi definida como 22,5ºC, e a cada 5ºC de variação, foi registrada a diferença de potencial referente àquele momento, que por sua vez se manteve, como o esperado, constante ao longo do experimento, através dos dados obtidos foi possível determinar qual seriao coeficiente de Seebeck para a situação em questão, o valor encontrado foi de 0,04mV/ºC, e ao aplicar na fórmula da força eletromotriz, tendo ∆T = 5ºC, a mesma tendeu a 0,2mV, o que explica com precisão o comportamento do gráfico. Portanto, os resultados do presente relatório foram satisfatórios, tendo em vista que seu objetivo principal era calibragem de um termopar.
6-REFERÊNCIAS 
Frank P. Incropera & David P. DeWitt, “Fundamentos de transferência de Calor e Massa, 5° Ed.” 
Manual de Laboratório – Universidade Federal do Amazonas, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Física.
WIKIPEDIA. Termopar. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Termopar>. Acesso em: 16 maio. 2017.