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UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES - UMC Av. Dr. Cândido Xavier de Almeida e Souza, 200 – Mogi das Cruzes/SP Mogi Das Cruzes – SP Março 2011 Jefferson B.

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1 UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES - UMC Av. 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

2 Jefferson B. Fonseca Raphael 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

3 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

4 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).

5 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.

6 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.

7 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:

8 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.

9 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.

10 A tabela abaixo apresenta a faixa de utilização dos principais líquido termométricos. TABELA – Faixa de utilização dos principais líquido termométrico.

11 Calculo da expansão de líquido no termômetro de vidro A equação que rege esta relação é: Vt= Vo[ 1 + β ₁ (∆t) + β ₂ (∆t) ₂ + β ₃ (∆t) ₃ ] Onde: t = temperatura do líquido em ⁰ C to= temperatura de referência do líquido em ⁰ c (normalmente 0 ⁰ C). Vo = volume do líquido à temperatura de referência. Vt = volume do líquido à temperatura t em ⁰ C. Β ₁, β ₂, e β ₃ = coeficiente de expansão do líquido. ∆t = t - to

12 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.

13 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 (CO ₂ ). 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.

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15 CALCULO DA RELAÇÃO DE PRESSÃO COM TEMPERATURA A EQUAÇÃO QUE EXPRESSA MATEMATICAMENTE ESTA LEI É: P ₁ /T ₁ = P ₂ /T ₂ = Pn/Tn ONDE: P ₁ ; P ₂ ;....; Pn = PRESSÃO ABSOLUTA DO GÁS. T ₁ ; T ₂ ;....; Tn = TEMPERATURA ABSOLUTA DO GÁS.

16 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.

17 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS %20Medidas%20de%20Temperatura.ppthttp://www.worldlingo.com/ ma/enwiki/pt/Bi-metallic_striphttp://www.cpv.com.br/arquivos/cad_prof/fiscol-med1203-r.pdf mometros.phphttp://www.esac.pt/cernas/nematodo_apresentacoes/ Luis%20Gon%C3%A7alves_term%C3%B3metros_sensores_tempe ratura.pdfhttp://www.if.ufrgs.br/cref/leila/termo.htm ustrial_Temperatura_pg1_40.pdf


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