PRÁTICA DILATOMETRO

Prévia do material em texto

FACULDADE ASSIS GURGACZ 
AMAURI GHELLERE GARCIA MIRANDA 
BRUNO AMERICANO QUIOCCA 
FABIO FERNANDO DA SILVA 
JULIO CESAR PAIVA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE PRÁTICA EM LABORATÓRIO: PRÁTICA DILATOMETRO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CASCAVEL-PARANÁ 
2013
 
2 Faculdade Assis Gurgacz 
FACULDADE ASSIS GURGACZ 
AMAURI GHELLERE GARCIA MIRANDA 
BRUNO AMERICANO QUIOCCA 
FABIO FERNANDO DA SILVA 
JULIO CESAR PAIVA 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE PRÁTICA EM LABORATÓRIO: PRÁTICA DILATOMETRO 
 
 
 
 
 
Trabalho apresentado como requisito parcial 
de conclusão da disciplina de Metrologia, do 
curso de Bacharelado em Engenhari 
Mecânica, da Faculdade Assis Gurgacz. 
Professor Orientador: Alexandre Victor 
Casella 
 
 
 
 
CASCAVEL-PARANÁ 
2013 
 
3 Faculdade Assis Gurgacz 
1. OBJETIVOS DO EXPERIMENTO 
 
Determinar o coeficiente de dilatação térmica de um sólido. 
 
2. OBJETIVOS ENVOLVENDO METROLOGIA 
 
Escrever corretamente o valor experimental de uma grandeza. Verificar o funcionamento 
prático do relógio comparador. Análise de propagação da incerteza. 
 
3. RESUMO DA TEORIA 
 
Determinados materiais apresentam características na qual o fazem variar seu volume quando 
sujeitos a variação de temperatura [1]. Isto se da graças ao ganho ou perda de energia que 
acarreta no maior distanciamento de suas moléculas resultando em uma variação de volume. 
Tal fato é chamado por dilatação térmica ou expansão térmica. 
A relação da variação de temperatura do material com a variação de expansão linear é 
chamada de coeficiente de expansão térmica [1]. Tal valor é descrito por: 
 
 
 
 
Onde L é uma medida linear inicial do objeto e T está para temperatura, sendo que: 
 
e 
 
4. INSTRUÇÕES PARA A TOMADA DE DADOS 
 
4 Faculdade Assis Gurgacz 
A tomada de dados foi realizada pelo grupo, no qual também foi o responsável pela realização 
deste relatório. 
 
5. CUIDADOS BÁSICOS DURANTE O MANUSEIO DOS INSTRUMENTOS 
 
- Pegar nos instrumentos com as mãos limpas. 
- Manusear cuidadosamente os recipientes de vidro. 
- Cuidado: a placa aquecedora e o Bico de Bunsen pode provocar queimaduras graves. 
- Avisar imediatamente o professor em caso de dúvidas ou problemas. 
 
6. MATERIAL UTILIZADO 
 
Dilatômetro linear, termômetros, relógio comparador, chapa aquecedora e Bico de Bunsen. 
 
7. FUNDO DE ESCALA E PRECISÃO DE CADA INSTRUMENTO 
 
Instrumento Menor leitura Maior leitura Incerteza 
Régua 1 mm 500 mm ±0,5 mm 
Relógio comparador 0,01 mm 1 mm 0,005 mm 
Termômetro 1 ºC 100 ºC ±0,5 ºC 
Tabela 1 - Instrumentos de medição. 
 
8. TOMADA DE DADOS 
 
Faça a montagem abaixo indicada: 
 
5 Faculdade Assis Gurgacz 
- Posicione o corpo de prova no dilatômetro (tubo de latão, cobre, etc), soltando o manípulo 
(parafuso) do alinhador do dilatômetro, coloque o corpo de prova com o tubo lateral de 
descarga do vapor do lado do relógio comparador. Neste momento, não deixe a ponta do 
corpo de prova tocar no relógio comparador. Fixe o corpo de prova, apertando o manípulo. 
- Monte as conexões entre o balão, o corpo de prova e o béquer, conforme a figura abaixo. 
- Introduza um termômetro no orifício da rolha e na mangueira de saída de vapor/água quente 
(cuidado para não introduzir o termômetro na parte metálica da conexão mangueira/tubo, 
poderá quebrar o termômetro). 
- Solte o manípulo e, com cuidado, avance o corpo de prova até que a ponta encoste na 
ponteira do relógio comparador, fazendo o ponteiro grande se deslocar dando uma pequena 
leitura inicial. Alinhe o corpo de prova corretamente e aperte o manípulo (parafuso) existente 
no topo do alinhador. Esta operação, por mais cuidado que se tome, deve acarretar um 
pequeno deslocamento do ponteiro no relógio comparador, garantindo que o extremo livre da 
haste está tocando no medidor. 
- Acerte o zero da escala maior do relógio comparador, girando o anel recartilhado até que o 
zero da escala fique 
alinhado com o ponteiro grande. 
- Fixe o balão volumétrico à pinça e posicione-o sobre a chapa aquecedora ou Bico de 
Bunsen. 
- Coloque água no balão volumétrico. 
- Aqueça a água utilizando a chapa aquecedora (ligue o botão na posição de máximo). 
Quando a água ferver, o vapor percorrerá o tubo metálico (corpo de prova), dilatando-o. - 
Espere até que a posição do ponteiro grande do relógio comparador se estabilize (momento 
em que a temperatura também estabilizou-se) para, então, fazer a primeira leitura dos 
mesmos. 
- O relógio comparador registrará a variação no comprimento do tubo em relação ao 
comprimento inicial. 
- Os termômetros T1 e T2 registrarão a temperatura na entrada e na saída de vapor do tubo, o 
que fornecerá a temperatura média do tubo. 
 
6 Faculdade Assis Gurgacz 
-Anote nas tabelas dadas a seguir os resultados experimentais. - Para as outras leituras, deverá 
repetir todo procedimento cinco vezes. Desconecte a mangueira do tubo e retire-o. Resfrie o 
tubo em água fria (jarra plástica). Monte o conjunto novamente. Faça a nova leitura. 
 
9. CORPO DE PROVA 
 
Material do tubo: Aço. 
Comprimento inicial do : 
L0 = (500 ± 0,5)mm. 
Temperatura inicial do tubo (antes de iniciar o aquecimento): 
T0 = (22 ± 0,5)ºC. 
Os seguintes dados foram coletados: 
Leitura L (mm) T1(ºC) T2 (ºC) 
1 0,42 98 98 
2 0,41 98 98 
3 0,42 99 99 
4 0,42 99 99 
5 0,42 98 98 
Tabela 2 - Dados coletados. 
 
10. ANÁLISE DOS RESULTADOS 
 
Leitura L (mm) T1(ºC) T2 (ºC) 
Valor médio 42 98 98 
Desvio padrão 0,004472 0,5477 0,5477 
Valor experimental 0,42 98 98 
 
 
7 Faculdade Assis Gurgacz 
- Calcule a temperatura final (após aquecimento) pela média entre T1 e T2 e propague o erro 
neste cálculo: 
Temperatura final foi 98 ± 0,5 ºC 
- Calcule a variação de temperatura e propague o erro neste cálculo: 
Variação de temperatura foi 97 ± 0,5 ºC 
- Calcule o coeficiente de expansão térmica linear α e propague o erro neste cálculo: 
Coeficiente de expansão é 1,1x10
-5
 ± 0,018045 mm/ºC 
- Pesquise na literatura (bibliografia) o valor do coeficiente de dilatação linear, aceito para o 
material do corpo de prova utilizado nesta experiência, o qual será considerado como 
referência e calcule o erro percentual: 
Segundo matéria publicado pelo site The Engineering ToolBox [2], os materiais que possuem 
coeficiente de expansão térmica aproximado com o valor obtido neste ensaio são: 
Material Coeficiênte de dilatação térmica 
(mm x 10
-6
)
 
Cimento 10.0 
Escândio 10.2 
Térbio 10.3 
Antimônio 10.4 
Ferro fundido 10.4 
Ardósia 10.4 
Ítrio 10.6 
Ferro fundido cinzento 10.8 
Hólmio 11.2 
Hastelloy c 11.3 
Ferro forjado 11.3 
Berílio 11.5 
Arenito 11.6 
Terne 11.6 
 
8 Faculdade Assis Gurgacz 
Paládio 11.8 
Tabela 3 - Materiais com similar coeficiente de dilatação térmica. [2] 
Se analisarmos o Hólmio ou o Ferro Fundido Cinzento, materiais com que o coeficiente de 
dilatação térmica mais se aproxima ao material analisado, verificou-se que a variação do 
resultado obtido em relação ao valor apresentado pela fonte é de 1,72%, para mais para o 
Ferro Fundido Cinzento e para menos para o Hólmio. 
 
11. CONCLUSÕES 
 
Portanto, após ensaio realizado em laboratório, análise dos dados e pesquisa bibliográfica, 
verificou-se que o coeficiente de dilatação térmica linear constatado no experimento é 
coerente. O valor obtido no experimento foi de 1,1 x 10
-5
 ± 0,018045 mm/ºC. Quando 
comparamosesta valor com o coeficiente de dilatação térmica do Ferro Fundido Cinzento, 
possível material de construção do corpo de prova, uma diferença de 1,72% é constatada. 
A incerteza do resultado obtido no experimento é alta. Tendo em vista que o valor da 
incerteza é proveniente diretamente do valor da incerteza dos instrumentos de medição e o 
termômetro e a régua possuem uma incerteza elevada quando comparada com a incerteza do 
relógio comparador concluirmos que: A incerteza do experimento poderia ser reduzida caso 
instrumentos com maior precisão fosse utilizados para mensurar o tamanho inicial do corpo 
de prova e as temperaturas. 
Sabemos que erros de medição podem ocorrer por três fatores. Estes erros pode ser erro do 
sistema, erro aleatório e erro grosseiro. Partindo do ponto em que os instrumentos de medição 
estão devidamente calibrados e aferidos podemos concluir que erros aleatórios e erros 
grosseiros sejam os únicos fatores duvidosos deste experimento. Erros duvidosos podem ter 
ocorrido quando incrementamos a possibilidade de uma possível folga nos pontos de fixação 
ter ocorrido. Erros grosseiros podem ter vindo a ocorrer por diversos fatores, porem, devido 
cuidado foi tomado e o máximo de atenção foi disposto no ensaio. 
O material responsável pela transferência de calor da chama ao corpo de prova foi a água, na 
forma líquida e vapor. Este material foi escolhido por ser de fácil obtenção, baixo custo e boa 
condutividade térmica. A temperatura deste material foi mensurada apenas em um ponto, 
 
9 Faculdade Assis Gurgacz 
porem esta foi mantida por um determinado período a fim de que o corpo de prova possuísse a 
mesma temperatura em toda a sua extensão. Com isto a dilatação térmica sofrida pelo corpo 
fosse a mesma em qualquer ponto. 
Além de conhecimento teórico referentes metrologia, vivência prática se faz de suma 
importância. Isto se dá devido a metodologia de aprendizado onde experiências vividas, não 
apenas conhecidas, auxiliam para o pleno entendimento do material a ser aprendido. 
 
12. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
[1] J.L. Amorós, A. Blasco, J.V. Carceller e V. Sanz. Acordo Esmalte-Suporte (II) 
Expansão Térmica de Suportes e Esmaltes Cerâmicos. Instituto de Tecnología Cerámica, 
Universidad de Valencia, Asociación de Investgación de las Industrias Cerámicas. (A.I.C.E.), 
Castellón. Janeiro/Abril de 1997. 
[2] EngineeringToolBox, Coefficients Of Thermal Expansion. Disponível em 
[http://www.engineeringtoolbox.com/linear-expansion-coefficients-d_95.html], acessado em 
25 de Setembro de 2013.