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Disciplina:Instrumentação e Controle de

Sistemas Mecânicos

Mensuração da TemperaturaParte 1

Matéria e Energia• Todos os corpos na natureza são formados de matéria:

• “MATÉRIA é tudo aquilo que ocupa lugar no espaço e possui massa”.

• Trabalhamos normalmente com quantidades limitadas da matéria, que chamamos de corpos:

• “CORPOS são porções limitadas de matéria”.

• Um prego, um parafuso, uma barra de aço são corpos constituídos de um mesmo material, aço:

• “MATERIAL é toda espécie de matéria”

Matéria e Energia• Materiais, tais como ar, ouro, aço e água, podem ser

constituídos de uma única substância (ouro) ou de várias diferentes (ar, aço, água):

• “SUBSTÂNCIA é toda espécie química a que corresponde uma composição constante.”

• As transformações químicas das substâncias sempre vêm acompanhadas de variações de energia. A energia se apresenta na natureza na forma de energia elétrica, térmica, luminosa, etc.:

• “ENERGIA é a capacidade de produzir trabalho.”

Matéria e Energia• As transformações químicas, reações e mudanças de estado

físico da matéria estão associadas à liberação ou absorção de calor:

• “CALOR é a energia térmica em trânsito que é transferida por meio da fronteira de um sistema termodinâmico em virtude de uma diferença de temperatura.”

• “SISTEMA TERMODINÂMICO é uma quantidade de matéria de massa e identidade fixas para os quais nosso estudo é dirigido. Tudo o mais externo ao sistema é chamado de vizinhança ou exterior.”

• “FRONTEIRA DE UM SISTEMA é a interface que delimita o espaço denominado sistema, separando-o da vizinhança.”

Fenômeno Físico e Químico

• A matéria que existe na natureza sofre transformações. O gelo derrete com a ação do calor, o ferro combina com o oxigênio do ar, oxidando-se:

• “FENÔMENO é toda transformação que sofre a matéria.”

• “FENÔMENO FÍSICO é o fenômeno no qual não se altera a natureza química da substância.”

• “FENÔMENO QUÍMICO é toda a transformação na qual se altera a natureza das substâncias participantes, formando novas substâncias com propriedades diferentes”.

Propriedades da Matéria

• As substâncias, em condições normais de temperatura e pressão, se apresentam nos seguintes estados físicos:

• Sólido• Líquido• Gasoso• Plasma

Mudanças de estado físico da matéria

Atenção: estrutura cristalina.Porque?

Gasoso para líquido: Condensação

Líquido para sólido: Solidificação

Gálio líquido vertido em água a temperatura ambiente

Sólido para líquido: Fusão

Líquido para gasoso: Vaporização

Sólido para gasoso: sublimação

Gelo seco (CO2)

Transferência Térmica: Modos

• CONDUÇÃO: o calor flui de uma região de alta temperatura para outra de temperatura mais baixa, dentro de um sólido, líquido ou gasoso, ou entre meios diferentes por meio de CONTATO FÍSICO DIRETO.


• RADIAÇÃO: o calor flui de uma região de alta temperatura para outra de temperatura mais baixa, ainda que exista vácuo entre elas.


• CONVECÇÃO: processo de transporte de calor pela ação combinada de condução de calor, armazenamento de energia e movimento da mistura.

Termometria• Significa “medição de temperatura”:

• PIROMETRIA: medição de altas temperaturas, na faixa em que se manifesta os efeitos da radiação térmica.

• CRIOMETRIA: medição de baixas temperaturas, próximas ao zero absoluto da temperatura.

• TERMOMETRIA: termo mais abrangente, empregável para qualquer faixa de temperatura.

Escalas de Temperatura

Escala Fahrenheit:

ponto de fusão da água 32 °Fponto de ebulição 212 °F

A diferença entre estes pontos foi dividida em 180 partes iguais, cada parte sendo um grau Fahrenheit. Daniel Gabriel Fahrenheit

1686 – 1736Inventor do termômetro de mercúrio em 1714.


Escala Celsius:

ponto de fusão da água 0 °Cponto de ebulição 100 °C

Centígrados até 1948

Anders Celsius 1701 – 1744Astrônomo, membro fundador da Academia Real de Ciências da Suécia.


Escala Kelvin:

Zero absoluto em -273,15 °C

Uma diferença de 1 Kelvin equivale à de 1 °C

William Thomson, Lorde Kelvin1824 – 1907Matemático, físico, engenheiro.


Escala Rankine: Mesmo zero absoluto da escala Kelvin, em -273,15 °C, porém

sua divisão é idêntica à escala Fahrenheit, de modo que 400 K equivale a 785 R (graus Rankine). Em desuso.

Escala Reamur:Adota o zero como o ponto de fusão do gelo, e 80 o ponto de

ebulição da água. O intervalo é dividido em 80 partes iguais, ou graus Reamur. Em desuso.

• Conversão

Fahrenheit p/ Celsius °C = (°F - 32)/1,8Celsius p/ Kelvin K = °C + 273,15Celsius p/ Fahrenheit °F = °C × 1,8 + 32Fahrenheit p/ Kelvin K = (°F + 459,67) / 1,8Kelvin p/ Fahrenheit °F = K × 1,8 - 459,67


• Conversão


Escala Internacional de Temperaturas (ITS – 90)

• Para melhor expressar as leis da termodinâmica, foi criada uma escala baseada em fenômeno de mudança de estado físico de substâncias puras, o que ocorre em condições únicas de temperatura e pressão. São chamados de pontos fixos de temperatura.

• A escala prática internacional de temperaturas montada em 1968, IPTS-68, ainda é válida. A atual é a ITS-90, que acrescentou mais alguns pontos de referência.

Escala Prática Internacional de Temperatura (IPTS-68)

Estado de Equilíbrio Temperatura (°C)

Ponto triplo do hidrogênio -259,34

Ponto de ebulição do hidrogênio -252,87

Ponto de ebulição do neônio -246,048

Ponto triplo do oxigênio -218,789

Ponto de ebulição do oxigênio -182,962

Ponto triplo da água 0,01

Ponto de ebulição do água 100,0

Ponto de solidificação do zinco 419,58

Ponto de solidificação do prata 916,93

Ponto de solidificação do ouro 1064,43

Estados de equilíbrio segundo IPTS-68

IPTS-68 versus ITS-90

Estado de Equilíbrio IPTS-68 ITS-90

Ponto de ebulição do oxigênio -182,962 -182,954

Ponto triplo da água 0,010 0,010

Ponto de solidificação do estanho 231,968 231,968

Ponto de solidificação do zinco 419,58 419,527

Ponto de solidificação do prata 916,93 916,780

Ponto de solidificação do ouro 1064,43 1064,180

Comparação de alguns pontos fixos de temperatura, em graus Celsius.

O operador de uma caldeira a vapor, em uma instalação aberta, distante 2 metros do equipamento, encosta um termômetro no rosto e verifica que a temperatura na superfície da pele é de 45oC. Pode-se afirmar que nesta situação a transferência de energia térmica se dá por

a. Condução e radiaçãob. Condução e convecçãoc. Radiação e convecçãod. Somente por convecçãoe. Somente por radiaçãof. Somente por condução

Exercício 1

Preencha o quadro de conversões de temperatura.

Celsius Kelvin Fahrenheit100

75750

0-10

Exercício 2

Qual a diferença entre a escala Kelvin e a Celsius?

Exercício 3

Bibliografia

Egídio Alberto Bega, Gerard Jean Delmee, Pedro Estéfano Cohn, Roberval Bulgarelli, Ricardo Koch, Vitor Schmidt FinkelInstrumentação Industrial, Editora Interciência, 3ª Edição, 2011.

Bibliografia

Arivelto Bustamante FialhoInstrumentação Industrial, Editora Érica, 7ª Edição, 2010.

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