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relatorio1termo impressão, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

Medidas de Pressão e Calibração de Transdutores e Termopares

Tipologia: Notas de estudo

2010

Compartilhado em 31/07/2010

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guilherme-augusto-de-oliveira-4 🇧🇷

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Baixe relatorio1termo impressão e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! 1 Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Engenharia Mecânica – FEMEC Laboratório de Energia e Sistemas Térmicos Disciplina: Termodinâmica aplicada Professor: Dr. Enio Pedone Bandarra Filho Medidas de Pressão e Calibração de Transdutores e Termopares Alunos: Bruno Alexandre Roque Nº 85732 Emilliano Carneiro Fonseca N°84970 Guilherme Augusto de Oliveira Nº 85733 Marcus Vinícius Almeida Queiroz Nº 85010 2 Sumário Experimento 1: Calibração do PA-21 Pressão 1.1) Introdução............................................................................................................................03 1.2) Objetivos .............................................................................................................................04 1.3) Procedimento experimental, materiais usados, análises e resultados obtidos....................05 1.4) Conclusões...........................................................................................................................16 1.5) Exercícios propostos resolvidos pelo E.E.S.........................................................................16 Experimento n.º 2: Calibração do PT-100 Temperatura 2.1) Introdução............................................................................................................................19 2.2) Objetivos .............................................................................................................................21 2.3) Procedimento Experimental ................................................................................................21 2.4 ) Análise dos resultados obtidos...........................................................................................22 2.5) Conclusão............................................................................................................................23 Bibliografia...........................................................................................................................23 5 Além disso, visou-se aprimorar os conhecimentos relativos à área Termodinâmica, mais especificamente no que diz respeito aos conceitos de pressão e instrumentos utilizados para sua medição. 1.3) Procedimento experimental, materiais usados, análises e resultados obtidos. O transdutor é montado numa bancada conforme esquema abaixo. É utilizado um manômetro do tipo U composto por vários fluídos, um voltímetro, um manômetro do tipo Bourdon. Figura 1.1 – Ilustração do aparato experimental para calibração dos transdutores e medidores de pressão. A seguir, o procedimento experimental sugerido pela apostila do L.E.S.T:  Registram-se os dados do manômetro a calibrar como: Marca, escala de medida, precisão, etc.  Registra-se o valor da coluna de mercúrio no manômetro tubo em U usado como padrão inicialmente e a leitura do transdutor elétrico a zero.  Fecha-se a válvula de óleo e gira-se o volante até atingir a altura de coluna de mercúrio escolhida no medidor bourdon. Registram-se as leituras do manômetro em U e o transdutor elétrico. Repete-se o procedimento até atingir 760 mm de HG  Abre-se a válvula para aliviar a pressão no interior do calibrador. L5 L4 L3 L2 L1 Patm P Óleo Água Mercúrio Água Escala 6  Uma vez calibrado o transdutor elétrico, deve-se então fazer a regressão linear do valor da pressão em bares ou pascal com a voltagem lida no voltímetro e a pressão do manômetro em U.  Substitui-se o manômetro de tubo em U por um manômetro de Bourdon e calibra-se usando, neste caso, o transdutor elétrico como Padrão.  Compara-se graficamente e encontra-se a função que relaciona a resposta do manômetro de Bourdon com a resposta do transdutor elétrico, indicando os erros de medida máximos e mínimos, em porcentagem (%), encontrados na comparação, calculando os erros em base a medida do transdutor que será considerada a medida de pressão correta.  Devem-se fazer comentários sobre as observações realizadas durante a experiência como: (a) se o erro é sistemático ou não; (b) as limitações do ensaio de calibração do transdutor devido ao calibrador primário não operar com escala superior a 760 mm de HG e (c) comentar como isto afeta a calibração posterior. Resumo dos procedimentos efetuados O procedimento consiste em colher medidas de voltagem associadas a cada pressão do manômetro do tipo Bourdon como referência, comparar estas com a do manômetro de coluna num curso inicial de (0-10 psi) e de (10-0 psi). E depois num curso com o manômetro do tipo U isolado. Deve-se levantar as curvas associadas a voltagem e pressão,e deve-se comentar os erros. Tabela 1.1 - Valores obtidos a partir de dados brutos trabalhado no EES. Unidades em metro Pe (mV) Pu (bar) L1 L2 L3 L4 L5 0,845 0,9053 0,65 0,002 0,012 0,653 0,65 0,884 1,015 0,65 0,040 -0,035 0,600 0,65 0,914 1,09 0,65 0,075 -0,05 0,572 0,65 0,94 1,194 0,65 0,121 -0,1 0,540 0,65 0,994 1,321 0,65 0,170 -0,150 0,490 0,65 1,01 1,391 0,65 0,200 -0,177 0,463 0,65 1,056 1,55 0,65 0,283 -0,247 0,41 0,65 1,097 1,63 0,65 0,300 -0,277 0,360 0,65 1,129 1,74 0,65 0,34 -0,314 0,320 0,65 7 1,163 1,835 0,65 0,380 -0,354 0,280 0,65 1,195 1,93 0,65 0,420 -0,395 0,244 0,65 Fazendo Regressão destes dados obtendo Pu=F(v) Temos: y = 2,944x - 1,586 Pu = 2,994.Pe-1,586 Através da relação, calculam-se os valores de Pu, plotando a reta de regressão e os valores inicialmente medidos: Tabela 1.2 – Regressão linear Pe (mV) Pu (bar) 0,845 0,9 0,884 1,02 0,914 1,1 0,94 1,18 0,994 1,34 1,01 1,39 1,056 1,52 1,097 1,64 1,129 1,74 1,163 1,84 10 Tabela de valores: Tabela 1.5 – Valores das pressões Pe (mV) Pbo (bar) Pu (bar) 2,232 1,227 2,232 2,481 1,471 2,481 2,724 1,71 2,724 2,987 1,968 2,987 3,215 2,192 3,215 3,484 2,457 3,484 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 Voltagem (mV) Pbo=-2,54467981+2,90788308*Pe Pu=-1,60777434+2,96055226*Pe Figura 1.4 - Gráfico de comparação entre Pe x Pbo e Pe x Pu 11 Cálculo do erro máximo: E = ( |3,484 - 2,457| / 3,484) * 100% = 29,5 % Cálculo do erro mínimo: E = 0 Determinação de P = f (V), para valores curso decrescentes de pressão, tendo como padrão as medidas do manômetro em U. Tabela 1.6 – Pressões e alturas, dados coletados experimentalmente L1 (m) L2 (m) L3 (m) L4 (m) L5 (m) Pe (mV) Pu (bar) 0,66 0,392 -0,37 0,273 0,66 1,171 1,862 0,618 0,35 -0,326 0,315 0,66 1,134 1,752 0,565 0,32 -0,297 0,345 0,66 1,108 1,674 0,515 0,273 -0,252 0,397 0,66 1,066 1,556 0,473 0,226 -0,206 0,442 0,66 1,023 1,437 0,43 0,185 -0,167 0,491 0,66 0,988 1,334 0,36 0,135 -0,118 0,542 0,66 0,944 1,205 0,343 0,098 -0,082 0,578 0,66 0,911 1,113 0,306 0,059 -0,046 0,614 0,66 0,878 1,017 0,262 0,014 -0,004 0,656 0,66 0,84 0,9053 Para a obtenção de P = f (v), é necessária a realização da regressão linear, através do programa, tomando como variável dependente Pu e como variável independente Pe. Obtém-se então a função que relaciona a pressão lida no manômetro em U e a voltagem lida: Pu = – 1,511 + 2,878 · Pe Através da função obtida, calculam-se novamente os valores de Pu, plotando a reta de regressão e os valores inicialmente medidos: 12 Tabela 1.7 – Dados obtidos experimentalmente Pe (mV) Pu (bar) 1,171 1,86 1,134 1,753 1,108 1,678 1,066 1,557 1,023 1,434 0,988 1,333 0,944 1,206 0,911 1,111 0,878 1,016 0,84 0,9069 0,8 0,85 0,9 0,95 1 1,05 1,1 1,15 1,2 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 Voltagem (mV) P re ss ão U ( b ar ) Pu=-1,51086021+2,87829114*Pe Figura 1.5 - Gráfico Pe x Pu 15 Histerese Tabela contendo valores crescentes e decrescentes de pressão do manômetro em U, e a diferença entre eles: Tabela 1.10 – Pressões do manômetro U Pu (ida) (bar) Pu (volta) (bar) |diferença| (bar) 0,8998 0,9069 0,007091 1,012 1,016 0,003965 1,101 1,111 0,01013 1,205 1,206 0,001496 1,338 1,333 0,005084 1,412 1,434 0,02164 1,522 1,557 0,03587 1,64 1,678 0,03833 1,735 1,753 0,01843 1,838 1,86 0,02131 1,936 1,929 0,007309 2,232 2,176 0,05583 2,481 2,421 0,05986 2,724 2,663 0,06085 2,987 2,91 0,07681 3,215 3,184 0,03133 3,484 3,44 0,04457 Histerese Média = Σ (|diferença|) / 15 Histerese Média = 0,499905 / 15 Histerese Média = 0,032 bar 16 1.4) Conclusões Com a realização deste laboratório, foi possível observar que o valor do erro, quando comparados os valores da pressão no manômetro em U e a pressão no manômetro de Bourdon (tanto para ida quanto para a volta) foram grandes. Isto pode ser explicado por erros na obtenção das medidas (erro de leitura) somado à limitação do próprio calibrador primário que não opera em escala superior a 760 mmHg,e ainda a por não fazer o experimento com tempo de acomodação dos líquido,que reduziria a histerese para o manômetro tipo U. 1.5) Exercícios propostos no roteiro da pratica experimental do L.E.S. T resolvidos pelo E.E.S. 5.1)Para as condições mostradas na figura abaixo, calcule a diferença de pressão (Pa - Pb) nas seguintes unidades: polegadas de coluna de água, polegadas de coluna do fluido preto, psi e em bar. Figura 8 – Exercício 5.1 Pa + 35 = 13,54*24 + 30 + Pb Pa – Pb = 319,96 psi 1 psi (lbf/in ) - 6894,7567 Pa 319,96 psi - x x = 2206,05 Kpa 1 bar - 100 KPa 17 Y - 2206,05 KPa Y = 22,06 bar 2206,05 = 1000 * 9,807 * h h = 225 mmca 319,96 = 13,54 * h h = 23,63’ 1’ – 25,4 mm 23,63’ – x x = 600 mm(líquido preto) 5.2) Qual é o valor da diferença de pressões (Pa - P_atmosférica), se a densidade da água é 1000 kg/m³ e a densidade relativa do óleo (Azeite) é 0,8. Expressar a resposta em Pascal. Figura 9 – Exercício 5.2 Densidade do mercúrio: 13590 kg/m³ Pa + 800*3*9,807 + 1000*9,807*1,6 = P_atmosferica + 13590*9,807*0,3 Pa – P_atmosferica = 39983,139 – 39228 Pa – P_atmosferica = 755,139 Pa 20 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 2.2. 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 - sólida e gasosa em equilíbrio) com ajuda de um dispositivo como o da figura 3. A calibração de termopares a baixa temperatura é realizada por comparação com um termômetro padrão. Os termômetros são imersos num banho de temperatura constante dotado de um mecanismo agitador (figura 4). Figura 2.3. Circuito com junção de referência no ponto de gelo. 21 Figura 2. 4. Calibração de sensores de temperatura. 2.2) Objetivos O objetivo desta prática experimental é comparar a medição da temperatura feita pelo termômetro de platina com a voltagem fornecida pelo multímetro, pois há uma relação teórica linear entre estas duas grandezas físicas. 2.3) Procedimento Experimental A metodologia de trabalho consiste em comparar o valor da voltagem do termopar de platina com a temperatura do banho de água controlada, medida por um termômetro padrão de resistência de platina., após a obtenção de sua estabilização. Foram feitas seis medições, onde se tomou nota da temperatura mostrada pelo termômetro de resistência e a voltagem correspondente. Com o auxilio do software EES, foi feito o gráfico 3.1, que mostra a distribuição dos pontos, relacionando a temperatura e a voltagem experimental. 22 Tabela 3.1 – Temperatura e voltagem do experimento. Temperatura (ºC) Voltagem de saída(V) 25 1.55 30 2.32 35 3.09 40 3.40 45 3.95 50 4.50 Gráfico 3.1 – Relação entre a temperatura e a voltagem experimental. 2.4 ) Análise dos resultados obtidos Linearizou-se o gráfico 3.1, como pode ser visto no gráfico 4.1. A equação encontrada satisfez o que foi proposto teoricamente, pois sua origem não passa pelo zero. O desvio padrão oriundo da linearização foi de 0.1089, o que confere ao experimento uma grande precisão.
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