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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 http://www.cpv.com.br/arquivos/cad_prof/fiscol-med1203-r.pdf http://en-co.wika.de/upload/DS_IN0007_P_1335.pdf http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap3/cap3-3.html http://pt.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B4metro www.fem.unicamp.br/.../Aula%2001%20- %20Medidas%20de%20Temperatura.ppthttp://www.worldlingo.com/ ma/enwiki/pt/Bi-metallic_striphttp://www.cpv.com.br/arquivos/cad_prof/fiscol-med1203-r.pdf http://en-co.wika.de/upload/DS_IN0007_P_1335.pdf http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap3/cap3-3.html http://www.automacaoindustrial.com/instrumentacao/temperatura/ter 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 http://www.faatesp.edu.br/publicacoes/Intrumenta%E7%E3o%20Ind ustrial_Temperatura_pg1_40.pdf


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