UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES - UMCAv. Dr. Cândido Xavier de Almeida e Souza, 200 – Mogi das Cruzes/SP

Mogi Das Cruzes – SP

Março 2011

Jefferson B. Fonseca

Raphael Stanziola

ELEMENTOS BIMETÁLICOS, TERMÔMETROS DE VIDRO E DE PRESSÃO

Jefferson B. FonsecaRaphael Stanziola

ELEMENTOS BIMETÁLICOS, TERMÔMETROS DE VIDRO E DE PRESSÃO

Mogi das Cruzes – SP

Março 2011

Seminário Apresentado ao Centro

Universitário de Mogi das Cruzes

-UMC, como Requisito e Avaliação

da disciplina de Instrumentação.

Professor Fabiano

Sumario

Introdução ........................................................................................

Elementos Bimetálicos ....................................................................

Funcionamento do Termômetro Bimetálico ...................................

Tipos de Metais Utilizados ...............................................................

Cálculo do Raio da Curvatur .............................................................

Termômetro de Vidro .......................................................................

Cálculo da Expansão de Liquido no termômetro de Vidro ................

Termômetro de Pressão ....................................................................

Cálculo da Relação de Pressão com Temperatura .............................

INTRODUÇÃO

Este trabalho terá como foco uma das grandes invenções que revolucionou o mundo e ampliou os conhecimentos dos seres humanos através de John Harrison com a invenção dos Elementos Bimetálicos e termômetros de vidros, pressão e que vem auxiliando a técnologia do mundo.

Pesquisa baseada em levantamento de informações e dados contidos nas literaturas, internet (artigos científicos, revistas).

Jamais considere seus estudos como uma obrigação, mas como uma

oportunidade invejável para aprender a conhecer a influencia libertadora da

beleza do reino do espírito, para seu próprio prazer pessoal e para proveito da comunidade á qual seu futuro trabalho

pertence.(Albert Einstein).

Elementos Bimetálicos

A junta bimetálica é usado para converter uma mudança de temperatura no

deslocamento mecânico. A junta consiste em duas tiras de metais diferentes

que expandem de maneiras desigual enquanto são aquecidos.

A tira bimetálica foi inventada provavelmente por John Harrison no século 18.

APLICAÇÕES:

Este termometros têm aplicações similar ás do termômetro de vidro, porém,

por serem mais resistentes, admitem condiçoes de trabalho mais pesados.

São utilizados para medir temperaturas na faixa de -50 ~ + 500ºC com pressão

de mais ou menos 1.

FUNCIONAMENTO DO TERMÔMETRO BIMETÁLICO

O SISTEMA BIMETÁLICO ATUAL CONSISTE DE UMA TIRA QUE ESTÁ ENROLADA,TANTO EM FORMA DE – HELICOIDAL COM – ESPIRAL CONFORME EXIGE O TAMANHO DO SENSOR E A TEMPERATURA A SER MEDIDA.

QUALQUER VARIAÇÃO DE TEMPERATURA INFLUÊNCIA O BIMETAL DE TAL FORMA QUE GIRE UM EIXO A ELA ACOPLADO. ESTÁ ROTAÇÃO É INDICADA POR MEIO DE UM PONTEIRO NA ESCALA DO MONSTRADOR.

Ou o metal arrasta, em sua extremidade, um ponteiro que percorre uma

escala graduada ou registra graficamente a variação de temperatura num

papel em movimento. Neste último caso tem se um tomógrafo.

TIPOS DE METAIS UTILIZADOS

Para construção de um termômetro bimetálico normalmente usa-se o invar (64%FE-36%Ni) como meta de baixo coeficiente de dilatação e o latão como metal de alto coeficiente de dilatação porém, para temperaturas mais elevadas, utiliza-se também o niquel como metal de alto coeficiente de dilatação térmica.

Cálculo do Raio de Curvatur:

A Combinação desta equação com relações apropriadas da resistência dos materiais permite o cálculo de deflexões de vários tipos de elementos em uso prático.

TERMÔMETRO DE VIDRO Este termômetro consta de um bulbo de vidro ligado a um tubo capilar, também de vidro, de seção uniforme e fechada na parte superior. O bulbo e parte do capilar são preenchidos por um liquido sendo que na parte superior do capilar existe uma câmara de expansão para proteger o termômetro no caso da temperatura exceder o seu limite máximo. Sua escala é linear e normalmente fixada no tubo capilar no invólucro metálico.

APLICAÇÃO: Por se tratar de um medidor barato, o tremômetro de vidro industrial é utilizado na indicação de temperatura de pequena flutuação, no processo em que a leitura da temperatura no próprio local não se constitui problema, bem como para os casos em que precisão abaixo de ± 1% e resposta rápida na se fizerem necessárias.

FUNCIONAMENTO: Os termômetros de dilatação de liquido baseia-se na lei de expansão volumétrica de um liquido com a temperatura dentro de um recipiente de vidro fechado.

Diversos líquido tais como o mercúrio, tolueno, álcool etílico, pentano, etc., são utilizados na fabricação de termômetro de vidro. Normalmente emprega-se o mercúrio ou álcool etílico como liquido termométrico, sendo que o mercúrio é o mais utilizado.

A tabela abaixo apresenta a faixa de utilização dos principais líquidotermométricos.

TABELA – Faixa de utilização dos principais líquido termométrico.

Calculo da expansão de líquido no termômetro de vidro

A equação que rege esta relação é:

Vt= Vo[ 1 + β₁ (∆t) + β₂ (∆t)₂ + β₃ (∆t)₃]

Onde:t = temperatura do líquido em C⁰to= temperatura de referência do líquido em c (normalmente 0 C).⁰ ⁰Vo = volume do líquido à temperatura de referência.

Vt = volume do líquido à temperatura t em C.⁰Β₁, β₂, e β₃ = coeficiente de expansão do líquido.

∆t = t - to

TERMOMETRO DE PRESSÃO

Este termometro consta de um bulbo de metal ligado a um capilar metalico e um elemento sensor. Neste caso, o gás sob pressão preenche todo o instrumento e com uma variação da temperatura se dilata deformando elasticamente o elemento senso.

A este elemento sensor é acoplado um ponteiro que pode girar livremente sobre uma escala graduada. Como a relação entre a deformação do elemento sensor e a temperatura é proporcional, este instrumento nos fornece uma leitura linear.

APLICAÇÃO: É ainda utilizado em algumas industrias para indicação, registro e controle, pois permite leituras remotas e por apresentar um tempo de resposte pequeno. E o sistema mecânico de medicação de temperatura que apresenta resposta mais rápida.

FUNCIONAMENTO

Termômetros à pressão de gás baseia – se na lei de CHARLES e GAY –LUSSAC que diz: “ A pressão de um gás é proporcional a temperatura, semantivesse constante o volume do gás.”

Como gás de enchimento utiliza-se normalmente Nitrogênio, Hélio, Neônio ou Dióxido de Carbono (CO₂). Porém, por ser inerte é mais barato, o Nitrogênio é o gás mais utilizado.

A faixa de medicação varia de acordo com o gás de enchimento, sendo o seu limite Inferior determinado pela temperatura Critica do gás, e o limite superior pelo tipo de Capilar.

A TABELA ABAIXO APRESENTA A FAIXA DE UTILIZAÇÃO DOS PRINCIPAIS

GASES DE ENCHIMENTO.

CALCULO DA RELAÇÃO DE PRESSÃO COM TEMPERATURA

A EQUAÇÃO QUE EXPRESSA MATEMATICAMENTE ESTA LEI É:

P₁/T₁ = P₂/T₂ = Pn/Tn

ONDE:

P₁; P₂; ....; Pn = PRESSÃO ABSOLUTA DO GÁS.

T₁; T₂; ....; Tn = TEMPERATURA ABSOLUTA DO GÁS.

Proposta

• Calcular raio de curvatura e um dispositivo bimetálico que possui uma espessura total da chapa de 3mm, sendo que vai se utilizar uma chapa de cobre que possui coeficiente de dilatação de 14x 10^-6 ºC¹ e uma chapa de material desconhecido com coeficiente de 2,3x 10^-9 °C¹, a temperatura que o dispositivo ficará será a min. de 20ºC e máx. de 100ºC.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

• http://www.cpv.com.br/arquivos/cad_prof/fiscol-med1203-r.pdfhttp://en-co.wika.de/upload/DS_IN0007_P_1335.pdfhttp://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap3/cap3-3.htmlhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B4metrowww.fem.unicamp.br/.../Aula%2001%20-%20Medidas%20de%20Temperatura.ppthttp://www.worldlingo.com/ma/enwiki/pt/Bi-metallic_strip

• http://www.automacaoindustrial.com/instrumentacao/temperatura/termometros.phphttp://www.esac.pt/cernas/nematodo_apresentacoes/Luis%20Gon%C3%A7alves_term%C3%B3metros_sensores_temperatura.pdfhttp://www.if.ufrgs.br/cref/leila/termo.htmhttp://www.faatesp.edu.br/publicacoes/Intrumenta%E7%E3o%20Industrial_Temperatura_pg1_40.pdf