Relatório 2 - Termodinâmica Aplicada

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Sumário 
 
 
 
 
1 Resumo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 
 
 
 
2 Introdução e objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 
 
 
 
3 Teoria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 
 
 
 
4 Metodologia experimental. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 
 
 
 
5 Resultados e análises dos dados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 
 
 
 
6 Discussão e conclusão. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 
 
 
 
7 Bibliografia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. Resumo 
 
No experimento em questão, devemos primeiramente verificar a 
posição e o modo pelo qual serão feitas as conexões do multímetro. Feito 
isso, será feito o ajuste da temperatura, que para este experimento terá 
como valor inicial 15°C. 
Após o instante inicial a temperatura se elevará, e no decorrer deste 
processo serão coletadas 11 medidas desta grandeza além de 11 medidas do 
multímetro para cada acréscimo de 5°C que a temperatura sofrer até que 
atingir o valor de 30°C. 
Finalmente, será feita a regressão linear para o ajuste dos valores 
coletados para temperatura e voltagem. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. Introdução e objetivos 
 
 
O objetivo deste experimento é executar a calibração de um termopar 
utilizando meios matemáticos através da coleta de dados para a 
determinação de erros do instrumento, além de levantar dados para o ajuste 
dos equipamentos e a característica da resposta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3. Teoria 
 
Na maioria dos processos termodinâmicos, a medição da temperatura 
é fundamental tendo como base a lei zero da termodinâmica. 
Através da variação das propriedades físicas das substâncias com a 
temperatura é realizada a medição da temperatura.O princípio de 
funcionamento varia para cada dispositivo e a forma como a variação da 
temperatura afeta as propriedades do mesmo. O termômetro de mercúrio e 
o termopar serão nosso objeto de estudo nesta prática. 
O termômetro de mercúrio baseia-se na expansão volumétrica do 
mercúrio presente em um tubo capilar com um pequeno bulbo. O aumento 
da temperatura faz o mercúrio se expandir e subir pelo tubo capilar onde a 
temperatura pode ser lida na escala marcada no vidro. 
O principio de funcionamento dos termopares foi descoberto em 
1821 por Seebeck, que percebeu que quando a união de dois metais 
diferentes é aquecida se produz uma diferença de potencial elétrico entre 
eles. 
Na figura 1, é mostrado o circuito básico de um termopar, composto 
por dois metais (A e B), cujas juntas ficam em ambientes com diferente 
temperatura (pontos X e Y). No meio do circuito um registrador indica o 
potencial elétrico ou a corrente que circula pelo circuito. Assumindo que a 
junta “X” corresponde com a temperatura a ser medida, a outra junta é 
chamada de referencia, e é mantida a uma temperatura constante 
conhecida. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1. Circuito de termopar simples. 
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A diferença de potencial é devida a os efeitos de Peltier e Thomson. 
O primeiro corresponde à diferença de potencial gerada pela junção de dois 
metais diferentes, e o segundo e a porção da diferença total, produzida por 
um único condutor tendo um gradiente de temperatura. 
A junção de referência, (figura 2), pode ser substituída por conexões 
de cobre à mesma temperatura sem afetar a medida segundo a lei dos 
metais intermédiarios; Um terceiro metal pode ser introduzido no circuito 
do termopar sem afetar a diferença de potencial gerada se os pontos de 
entrada e saída ficam à mesma temperatura. 
 
 
 
 
 
Figura 2. Termopar simples com junção de referencia formada por 
conexões de cobre. 
 
No laboratório pode-se manter a junção de referência à temperatura 
do ponto de gelo (ponto reproduzido mantendo água nas fases liquida-
solida e gasosa em equilíbrio) com ajuda de um dispositivo como o da 
figura 3. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3. Circuito com junção de referência no ponto de gelo 
 
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4. Metodologia experimental 
Para a realização do experimento utilizamos um milivoltímetro 
modelo U11300, um termômetro padrão, e um termopar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1 – Equipamentos utilizados durante o experimento 
 
 
Primeiramente, colocamos o termômetro padrão e a junção de 
medida no interior do banho regulado a refêrencia será feita por 
compensação eletrônica, esperar até que os medidores, no caso dos 
termopares (milivoltímetros estejam em equilibrio). Registramos a 
temperatura lida no padrão que correspondia a 27 graus e o potencial no 
milivoltímetro. Continuamos aumentando a temperatura até os 47 graus 
centígrados, registrando o potencial do milivoltímetro a cada 2 graus de 
variação da temperatura. Tendo em mãos os dados experimentais, 
ajustamos os dados da tensão do multímetro e as temperaturas obtidas no 
termômetro por meio de uma regressão linear. 
 
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5. Resultados e análise dos dados 
Através do experimento realizado, foi possível obter os seguintes valores 
referentes à temperatura e voltagem: 
 
 
 
Tabela 1: Valores temperatura e voltagem 
 
Em seguida utilizando os dados da tabela acima e o processo de 
regressão linear obtemos a seguinte equação: 
𝑇 = 535.1845 ∗ 𝑉 − 261.2437 
Tendo em mãos a função que relaciona temperatura e voltagem, 
podemos encontrar os valores da d.d.p. para determinados valores de 
temperatura: 
Para T = 0°C: 
0 = 535.1845 ∗ 𝑉 − 261.2437 V = 0.48814 V 
Para T = 37.5°C: 
37.5 = 535.1845 ∗ 𝑉 − 261.2437 V = 0.55821 V 
Para T = 50°C: 
50 = 535.1845 ∗ 𝑉 − 261.2437 V = 0.58156 V 
Temperatura (°C) Voltagem (Volts) 
27 0.540 
29 0.542 
31 0.546 
33 0.549 
35 0.553 
37 0.557 
39 0.561 
41 0.565 
43 0.568 
45 0.573 
47 0.576 
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Figura 2 – Gráfico referente aos dados da tabela 2 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2 – Gráfico referente aos dados da tabela 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6. Discussão e conclusão 
Com base nos dados adquiridos no experimento podemos 
verificar na prática o funcionamento de componentes de 
instrumentação largamente utilizados na indústria, no qual se 
obtém resultados sem grandes erros de medição. Esse método se 
mostra eficaz para se obter valo res p ró ximo s d o p ratic o , 
ec o no mizand o em matéria p rima, mão d e o b ra eprecisão nos 
resultados, agilizando o tempo para a execução do projeto. Além disso, o 
procedimento de calibração mostrou que os aparelhos utilizados 
são confiáveis e que podem ser utilizados sem maiores problemas 
em processos industriais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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7. Bibliografia 
Medidores de Temperatura e Calibração de Termopares. Professores: 
Oscar Saul Hernandez Mendonza, Enio Pedone Bandarra Filho e Tiong 
Hiap Ong. Faculdade de Engenharia Mecânica – Universidade Federal de 
Uberlândia. 
Relatório de Calibração de Termopar.Universidade Metodista de 
Piracicaba. 
 
Fundamentos da Termodinâmica Clássica, 3ª edição, Gordon J. VanWylen; Richard e Sonntag, USA, 1998 
 
Mechanical Engineering Laboratory, 2
a
 edição, Charles W. Messersmith; 
Cecil F. Warner; Robert A. Olsen, USA, 1967