INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO DE VAZÃO, PRESSÃO E TEMPERATURA

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS
DISCIPLINA LABORATÓRIO BÁSICO I
PROFESSORA MIRIAM
	
INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO DE VAZÃO, PRESSÃO E TEMPERATURA
ACADÊMICOS : LISANDRA AMORIM RA: 53794
 LETICIA LUGO RA: 55036
 JOÃO OLAVO RA: 59364
 CÉSAR AUGUSTO RA: 58191
 VINICIUS MILANI RA: 59260
OBJETIVO 
- Dar conhecimento sobre alguns instrumentos de medida de vazão, bem como, do método de calibração dos mesmos.
- Analisar, por meio de gráficos, qual curva de calibração se aproxima mais da medida considerada ideal para os termopares.
- Encontrar qual dos termopares será ´´ideal´´ para uma faixa de temperatura entre 45 e 66 ºC
- Comparar a vazão marcada pelo rotâmetro e a vazão mássica em L/min da água que sai do sistema.
- Comparar a pressão marcada no manômetro de Bourdon com a diferença de altura encontrada no tubo em U.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
I – TEMPERATURA
Colocar o sistema em operação, seguindo a seguinte seqüência:
- Aquecer a água do banho por meio de uma resistência elétrica. Aumentar a temperatura do banho sucessivamente, começando com uma temperatura inicial de 45 ºC e finalizando as medidas quando alcançada a temperatura final de 66 ºC. 
- Realizar medidas a cada aumento na temperatura de 3 ºC.
- Anotar os valores de temperatura mostrados nos termopares T,J e K, bem como a voltagem no milivoltímetro.
- Anotar também os valores de temperatura obtidos no termômetro de mercúrio.
- Construir a Tabela 1.
- Construir os gráficos para as medidas obtidas (termopares e milivoltímetro), comparando com a medida base do termômetro de mercúrio, visando analisar qual o termopar mais aceitável para aquela faixa de temperatura escolhida.
II – PRESSÃO E VAZÃO
Coloca-se o sistema em operação, de modo que a seguinte sequência seja atentida:
- Abrir totalmente as válvulas V1 e V3 e manter fechadas as válvulas V2 e V4 do rotâmetro, em seguida, ligar o sistema.
- Abrir lentamente a válvula V2 até alcançar 1Kgf/cm2 marcado no manômetro de Bourdon. Alterar gradativamente a pressão de 0,1 em 0,1Kgf/cm2.
- Abrir a válvula V4 do rotâmetro e coletar o material na saída.
- Proceder medidas, variando a vazão da água, por meio das válvulas.
- Proceder também medidas de pressão através do manômetro de Bourdon e tubo em U.
- Desligar o equipamento, abrindo totalmente a válvula V1 e fechando totalmente a válvula V2.
- Construir as tabelas 2 e 3. 
- Construir gráfico de pressão do manômetro por pressão no tubo em U.
- Construir gráfico de pressão por vazão mássica medida em L/min.
RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Após realizar as medidas para os termopares, bem como para o termômetro de mercúrio e o milivoltímetro, monta-se a seguinte tabela:
Tabela 1 – Medidas obtidas experimentalmente para temperatura
	Termômetro de relógio
	Termômetro de Mercúrio (°C)
	Termopar T
	Termopar J
	Termopar K
	Milivoltimetro
	45
	44,7
	40
	39
	36
	1.81
	48
	49,4
	44
	45
	40
	1.98
	51
	52,18
	48
	48
	44
	2.13
	54
	54,9
	50
	51
	46
	2.24
	57
	57,77
	53
	54
	49
	2.37
	60
	60,73
	56
	58
	53
	2.50
	63
	63,7
	60
	61
	65
	2.63
	66
	65,91
	62
	63
	57
	2.73
Para as medidas de pressão e vazão, foram encontrados os dados nas tabelas 2 e 3 abaixo
Tabela 2 – Dados obtidos experimentalmente para pressão P.
	Manômetro (kgF/cm2)
	∆H mercúrio (mm)
	ΔP=ρHg.g. Δh (Kgf/cm2)
	1,0
	725
	0,96628
	0,9
	660
	0,879648
	0,8
	580
	0,773024
	0,7
	510
	0,679728
	0,6
	430
	0,573104
	0,5
	360
	0,479808
	0,4
	280
	0,373184
	0,3
	220
	0,293216
	0,2
	130
	0,173264
	0,1
	
	
 
Para a construção da tabela 2, para encontrar o valor de ΔP utilizou-se da seguinte fórmula: ΔP=ρHg.g. Δh (Kgf/cm2) fazendo as devidas transformações de unidades. 
Tabela 3 – Dados obtidos experimentalmente para vazão.
	Vazão indicada no rotâmetro (L/min)
	Tempo médio (s)
	Massa de água média (g)
	Vazão medida (L/min)
	9,8
	15
	1263,8
	5,0552
	9,2
	15
	1208
	4,832
	8,6
	15
	1137,03
	4,54812
	8,0
	15
	1040,87
	4,16348
	7,2
	15
	945,33
	3,78132
	 6,4
	15
	896,03
	3,58412
	5,5
	15
	797,9
	3,1916
	4,6
	15
	730,2
	2,6078
	2,9
	15
	533,83
	2,13532
Para a elaboração da tabela 3 mediu-se a massa de água que escoava em 15 segundos anotando a massa. Já que a densidade da água é de 1g/cm³ pode-se encontrar a vazão média (L/min) dividindo o volume de água em litros pelo tempo em minutos, que no caso seria de 0,25 minutos. 
Em ordem, apresentam-se os gráficos referentes as tabelas 1, 2 e 3 respectivamente:
Gráfico 1 – Temperatura do relógio x Temperaturas de termopares, milivoltímetro e termômetro de mercúrio.
Utilizando do programa Excel tem-se os seguintes valores para R²:
Para T: R²=0,9941
Para K: R²=0,9446
Para J: R²= 0,9782
Gráfico 2 – Pressão no manômetro x Pressão no tubo U
Gráfico 3 – Vazão do rotâmetro x Vazão mássica medida
Analisando primeiramente o experimento envolvendo temperatura, é sabido que conhecer os diferentes tipos de termopares utilizados ajuda muito na obtenção de medidas mais corretas. Assim também funciona com o milivoltímetro, que possui diferentes tipos de sensores.
Os termopares operam de modo completamente diverso. Geram uma tensão elétrica que tem relação com a diferença de temperaturas entre junções de metais diferentes. A figura abaixo dá o esquema básico do funcionamento:
	
	
A junção da extremidade é a junção de medição e fica fisicamente no local do qual se deseja medir a temperatura. As duas junções de conexão dos fios para o dispositivo de medição são as junções de referência ou junções frias. Embora sejam duas, na realidade podem ser consideradas únicas, pois o metal em ambos os condutores é o mesmo. São simples, robustos, imunes a vibrações, fáceis de construir, operam em ampla faixa de valores. Por essas características, são muito utilizados em indústrias. Os termopares de base metálica ou básicos são os de maior uso industrial, em que os fios são de custo relativamente baixo e sua aplicação admite um limite de erro maior.
O baixo nível da saída, a não linearidade e a necessidade de compensação da temperatura da junção de referência, são alguns pontos contrários a utilização dos termopares.
Sobre os diferentes tipos utilizados no experimento, teremos três tipos de termopares, sendo eles denominados por T, J e K.
Tipo T
- Composição: Cobre (+) / Cobre - Níquel (-)
O fio negativo cobre - níquel é conhecido comercialmente como Constantan.
- Faixa de Utilização: -200 a 350ºC
- Características:
São resistentes a corrosão em atmosferas úmidas e são adequados para medidas de temperaturas abaixo de zero. Seu uso no ar ou em ambientes oxidantes é limitado a um máximo de 350ºC devido a oxidação do fio de cobre. Podem ser usados em atmosferas oxidantes (excesso de oxigênio), redutoras (rica em hidrogênio, monóxido de carbono) e no vácuo; na faixa de -200 a 350ºC.
- Identificação da polaridade se dá pela coloração: o cobre (+) é avermelhado e o cobre - níquel (-) não.
Tipo J
- Composição: Ferro (+) / Cobre - Níquel (-)
- Faixa de utilização: -40 a 750ºC
- Características:
Adequados para uso no vácuo, em atmosferas oxidantes, redutoras e inertes. A taxa de oxidação do ferro é rápida acima de 540ºC e o uso em tubos de proteção é recomendado para dar uma maior vida útil em altas temperaturas. O termopar do tipo J não deve ser usado em atmosferas sulfurosas (contém enxofre) acima de 540ºC. O uso em temperaturas abaixo de 0ºC não é recomendado, devido à rápida ferrugem e quebra do fio de ferro.
Devido a dificuldade deobtenção de fios de ferro com alto teor de pureza, o termopar tipo J tem custo baixo e é um dos mais utilizados industrialmente.
Tipo K
- Composição: Níquel - Cromo (+) / Níquel - Alumínio (-)
O fio positivo níquel - cromo é conhecido comercialmente como Cromel e o negativo níquel - alumínio é conhecido como Alumel.
- Faixa de utilização: -200 a 1200ºC
- Características:
Os termopares tipo K são recomendáveis para uso em atmosferas oxidantes ou inertes no seu campo de trabalho. Por causa de sua resistência em oxidação, são melhores que os tipos T e J, por isso são largamente usados em temperaturas superiores a 540ºC.
O termopar tipo K, não deve ser utilizado em:
1. Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora.
2. Atmosferas sulfurosas, pois o enxofre ataca ambos os fios, causa rígida ferrugem e quebra do termopar.
3. Vácuo, exceto por curtos períodos de tempo, pois o cromo do elemento positivo pode vaporizar causando descalibração do sensor.
4. Atmosferas que facilitem a corrosão chamada de "Green-Root", ou oxidante verde, ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar contém pouco oxigênio, como por exemplo dentro de um tubo de proteção longo, de pequeno diâmetro e não ventilado.
Na tabela abaixo são apresentadas as diferenças entre os termopares citados: 
	Tipo
	Positivo
	Negativo
	Precisão
	Faixa
	Observações
	J
	Fe
	Cu 45%Ni
	0,75% ou 2,2°C
	−210 a 1200°C
	Alta temperatura em atmosfera redutora
	K
	Ni 10%Cr
	Ni 2%Al 2%Mn 1%Si
	0,75% ou 2,2°C
	−270 a 1372°C
	Uso geral, alta temperatura em atmosfera oxidante
	T
	Cu
	Cu 45%Ni
	0,75% ou 1,0°C
	−270 a 400°C
	Uso geral p/ baixa temperatura, resistente à umidade
Para a segunda parte do experimento, analisam-se pressão no manômetro e vazão do rotâmetro pelo seguinte sistema de funcionamento:
Conclusão
A partir dos dados coletados e dos gráficos, dá-se sentido aos parâmetros de funcionamento dos aparelhos utilizados (manômetro, termopares e rotâmetro), bem como o conhecimento sobre seu funcionamento dentro de um sistema qualquer onde estejam empregados.
Pela análise dos resultados mostrados, identificasse de que maneira se dá a calibração dos instrumentos utilizados. Para o manômetro de Bourdon e também para o rotâmetro, encontra-se um ajuste muito próximo do linear. Já no caso da análise do melhor termopar para a faixa de temperatura em questão (45 – 66 ºC) , obtém-se resultados satisfatórios por meio de retas de comparação, visto que seu comportamento não se dá e maneira linear.No caso analisado, o termopar mais útil, levando em conta o gráfico será o do tipo T, onde R2 igual a 0,9941 , que mais se aproximou da reta padrão de valor R2 igual a 1.
Referências bibliográficas
[1] http://iope.com.br/3ia3_termopares.htm 
[2] http://www.mspc.eng.br/fldetc/temperat_120.shtml 
[3] Apostila de Laboratório Básico I – Primeiro Semestre - Miriam Carla B. Ambrosio Ugri.