Universidade Estadual do Oeste do Paraná – UNIOESTE
Centro de Engenharia e Ciências Exatas – CECE
Engenharia Química - 3º ano
Laboratório de Engenharia Química I
PRÁTICA 1: INSTRUMENTOS DE VAZÃO, PRESSÃO E TEMPERATURA
Toledo – PR2013
2
Gabriela Angela Severgnini
Julcimari Caroline Schossler Deak
Meurielle Hesper
Vanessa Chagas
PRÁTICA 1: INSTRUMENTOS DE VAZÃO, PRESSÃO E TEMPERATURA
Trabalho referente à disciplina de
Laboratório de Engenharia Química I em
cumprimento parcial aos requisitos para
obtenção do título de graduação em
Engenharia Química na Universidade
Estadual do Oeste do Paraná Campus de
Toledo.
Docente: Veronice Slusarski Santana
Toledo - PRMarço / 2013
3
RESUMO
Em muitos processos industriais é necessário fazer a medição da
temperatura, da pressão e da vazão, seja pra assegurar que o processo ocorra, ou
para o controle de certas variáveis importantes que são determinantes na obtenção
do produto. Com a realização desta prática buscou-se conhecimento sobre alguns
instrumentos de medida de temperatura, pressão e vazão, bem como, do método de
calibração dos mesmos.
Para a obtenção da temperatura foram utilizados os seguintes materiais:
termômetro digital, termômetro analógico, termômetro de mercúrio e banho
termostático, no caso da pressão usou-se manômetro de tubo em U, manômetro de
Bourdon e régua metálica, e na parte de vazão: rotâmetro; bomba centrífuga, caixa
de água, cronômetro, balança e um balde de plástico.
Para todos os instrumentos foi feito uma análise de regressão linear, na qual
quanto mais o coeficiente linear estivesse perto de 0 e o coeficiente angular perto de
1, melhor seria a calibração.
Para o termômetro de mercúrio em relação ao banho termostático obteve-se a
reta ajustada 1,04597x – 3,3943. Para o termômetro analógico em relação ao banho
termostático obteve-se a reta ajustada: 1,02284x + 0,92386. E finalmente para o
termômetro digital em relação ao banho termostático obteve-se a reta: 1,00180x +
0,39168.
No experimento com instrumento de pressão, converteram-se as pressões
utilizando o termo de conversão 1mmHg = 0,0014 Kgf/cm2. Em seguida fez-se a
curva de calibração obtendo-se a reta ajustada 1,25238x – 0,03564.
Por fim, no experimento de vazão, calculou-se a vazão utilizando o valor da
densidade da água como sendo 0,99707 g/mL e em seguida montou-se a curva,
obtendo-se a reta 0,97565x + 0,06916.
Concluiu-se com a prática que o termômetro de mercúrio encontra-se
descalibrado, enquanto os outros estão dentro de uma faixa de erro aceitável. O
instrumento de pressão analisado mostrou resultados ligeiramente afastados em
relação aos pontos, porém a curva ajustada tem um bom coeficiente de correlação.
No experimento de vazão, verificaram-se resultados bons, mostrando que o
equipamento era preciso.
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ÍNDICE
LISTA DE ILUSTRAÇÕES......................................................................................5LISTA DE TABELAS...............................................................................................6NOMENCLATURA..................................................................................................71. INTRODUÇÃO...................................................................................................82. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA.........................................................................93. MATERIAIS E MÉTODOS...............................................................................11
3.1 INSTRUMENTOS DE MEDIDA DE TEMPERATURA.................................113.2 INTRUMENTOS DE MEDIDA DE PRESSÃO.............................................113.3 INTRUMENTOS DE MEDIDA DE VAZÃO..................................................12
4. RESULTADOS.................................................................................................134.1 INSTRUMENTOS DE MEDIDA DE TEMPERATURA................................134.2 INSTRUMENTOS DE MEDIDA DE PRESSÃO..........................................134.3 INSTRUMENTOS DE MEDIDA DE VAZÃO...............................................13
5. DISCUSSÃO.....................................................................................................145.1 TEMPERATURA..........................................................................................145.2 PRESSÃO....................................................................................................205.3 VAZÃO.........................................................................................................22
6. CONCLUSÃO...................................................................................................267. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................27
5
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 01 – Módulo experimental para medição de vazão........................................12
Gráfico 01 – Banho Termostático x Tempo...............................................................14
Gráfico 02 - Termômetro analógico x Termômetro de Mercúrio...............................15
Gráfico 03 - Termômetro digital x Termômetro de Mercúrio.....................................16
Gráfico 04 – Banho Termostático x Termômetro de Mercúrio..................................17
Gráfico 05 – Banho Termostático x Termômetro Digital...........................................18
Gráfico 06 – Banho Termostático x Termômetro Analógico......................................19
Gráfico 07 – Pressão Manômetro x Pressão Calculada............................................21
Gráfico 08 – Vazão Rotâmetro x Vazão Calculada...................................................24
6
LISTA DE TABELAS
Tabela 01: Resultados obtidos na prática de instrumentos de temperatura.............13
Tabela 02: Resultados obtidos na prática de instrumentos de pressão....................13
Tabela 03: Resultados obtidos na prática de instrumentos de vazão.......................13
Tabela 04: Análise estatística gráfico Banho Termostático x Tempo........................14
Tabela 05: Análise estatística gráfico Termômetro analógico x Termômetro de
Mercúrio......................................................................................................................16
Tabela 06: Análise estatística gráfico Termômetro digital x Termômetro de
Mercúrio......................................................................................................................17
Tabela 07: Análise estatística gráfico Banho Termostático x Termômetro de
Mercúrio......................................................................................................................18
Tabela 08: Análise estatística gráfico Banho Termostático x Termômetro
Digital..........................................................................................................................19
Tabela 09: Análise estatística gráfico Banho Termostático x Termômetro
Analógico....................................................................................................................19
Tabela 10: Pressão calculada em Kgf/cm2................................................................21
Tabela 11: Análise estatística gráfico Pressão Manômetro x Pressão
Calculada....................................................................................................................21
Tabela 12: Vazão do rotâmetro e Média dos valores de vazão calculados juntamente
com seus respectivos erros........................................................................................23
Tabela 13: Análise estatística gráfico Vazão Rotâmetro x Vazão Calculada............24
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NOMENCLATURA
Q Vazão (L/min)
m Massa (g)
t Tempo (s; min)
P Pressão (N/m²; Kgf/cm2; psi)
h Altura (m)
V Volume(L)
ρ Densidade (Kg/L)
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1. INTRODUÇÃO
Os processos industriais exigem um controle na fabricação de seus diversos
produtos. Nestes processos é necessário controlar e manter constantes algumas
variáveis, tais como: pressão, vazão, temperatura, nível, pH, condutividade,
velocidade, umidade, etc. Os instrumentos de medição e controle permitem manter
essas variáveis constantes no processo, melhorando assim a qualidade e
aumentando em quantidade o produto e a segurança.
A vazão é a quantidade em volume (V) de fluido que atravessa uma dada
seção do escoamento por unidade de tempo. A vazão de determinado fluido em um
sistema pode ser medida por diversos métodos. A escolha deste é baseada em
parâmetros como, por exemplo: natureza do fluido, volume escoado de fluido,
precisão na medição da vazão e exigência no controle da medição. O rotâmetro é o
principal e mais conhecido medidor de vazão de área variável. Foi desenvolvido há
vários anos e nas ultimas décadas é que se verificou um maior progresso,
permitindo que hoje ele possa ter utilização nas mais diversas situações e
condições.
A medição de temperatura é ponto de interesse da ciência há muitos anos. O
corpo humano é um péssimo termômetro, pois só consegue diferenciar o que está
frio ou quente em relação à sua própria temperatura. Portanto com o passar dos
tempos o homem começou a criar aparelhos que o auxiliassem nesta tarefa. A
temperatura é uma das variáveis mais usadas na indústria de controle de processos
nos seus mais diversos segmentos e ainda vale lembrar que a temperatura é uma
grandeza básica para a medição e controle de vazão, densidade, etc. A variação de
temperatura afeta o rendimento de reações químicas, pode prejudicar o
equipamento, afetar as propriedades biológicas de compostos orgânicos, entre
outros efeitos.
Há uma grande variedade de equipamentos para se aferir a temperatura,
entre os mais utilizados estão: o termômetro de mercúrio, o digital e o analógico.
Para a aferição da pressão existem também muitos equipamentos, os
manômetros de Bourdon e o de tubo em U são exemplos desses medidores.
9
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Nas indústrias de modo geral, são necessárias medidas de vazões, pressão e
temperatura. Para tanto, é necessário equipamentos com alta precisão em seus
resultados.
A vazão é a quantidade volumétrica ou gravimétrica do fluxo em relação ao
tempo, é usada em muitas aplicações, tais como controle de processo industrial,
sistemas de abastecimento de uma cidade, sistema de dutos petrolíferos, sistemas
de irrigação, na saída e/ou entrada em tanques de tratamento de efluentes entre
outros.
Existem os medidores de vazão indiretos e os diretos, conforme o seu
mecanismo de funcionamento. Os rotâmetros são os aparelhos de vazão mais
utilizados nas indústrias por terem uma leitura direta. Esses equipamentos são
compostos de um tubo de formato cônico, com a parte mais estreita na porção
inferior do equipamento, dentro do qual está um contrapeso chamado flutuador. Ao
percorrer o tubo cônico, o fluido exerce certa força sob o flutuador, a qual depende
da vazão existente. Como a secção transversal do duto aumenta conforme se
distancia da sua base, a vazão será maior quanto mais alto o fluido impulsionar o
flutuador. Uma escala impressa na parede exterior do rotâmetro permite relacionar
essa altura com a vazão presente.
A medição da vazão é essencial a todas as fases da manipulação dos fluidos,
incluindo a produção, o processamento, a distribuição dos produtos e das utilidades.
Ela está associada com o balanço do processo e está diretamente ligada aos
aspectos de compra e venda dos produtos. A quantidade total movimentada pode
ser medida em unidades de volume (litros, mm3, cm3, m3, galões, pés cúbicos) ou
em unidades de massa (g, Kg, toneladas, libras).
A medida de temperatura é de extrema importância em processos industriais,
e é a medida de energia cinética associada a vibração das partículas que compõe o
sistema físico. A temperatura está diretamente ligada a transmissão de calor
correspondente a transmissão da agitação térmica entre átomos e moléculas. O
aumento da temperatura causa o aumento da velocidade de agitação térmica.
Existem vários equipamentos destinados a medida de temperatura, os mais
comuns são os termômetros digitais, analógicos e de mercúrio.
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Os termômetros de mercúrio consistem, basicamente, de um tubo capilar de
vidro, fechado a vácuo, e um bulbo, contendo mercúrio. O mercúrio, por ter um valor
alto de coeficiente de dilatação, ele aumenta de volume à menor variação de
temperatura. O volume do mercúrio aquecido se expande no tubo capilar do
termômetro. E essa expansão é medida pela variação do comprimento, numa escala
graduada. Já os termômetros analógicos transformam a dilatação da mola em
movimento do ponteiro e os termômetros digitais funcionam com sinal elétrico, o
qual é interpretado por um processador, gerando a leitura, tendo então mais
precisão que os analógicos e os de mercúrio.
A variação de temperatura afeta o rendimento de reações químicas, pode
prejudicar o equipamento, afetar as propriedades biológicas de compostos
orgânicos, entre outros efeitos.
Por fim, a pressão é uma grandeza física de grande importância em vários
processos da indústria. Há uma ampla variedade de medidores de pressão, para se
fazer a escolha apropriada é necessário saber qual o tipo de pressão a ser
verificada, assim como os valores de máximo e mínimo da faixa, a largura da faixa,
grau de precisão entre outros parâmetros.
Podemos classificar os medidores de pressão pelo equilíbrio de uma pressão
não conhecida contra uma força conhecida, a qual se denomina manômetros de
tubo em U, ou por meio de deformação de um material elástico que é chamado de
manômetro de Bourdon, ou ainda por meio de variação de uma propriedade física
que é o Strain Gage.
O princípio de funcionamento do manômetro de tubo em U é o da hidrostática,
ou seja, medem a pressão através do equilíbrio de forças em colunas de líquido
confinadas em um recipiente tipo tubo em U, a água e o mercúrio são os líquidos
mais utilizados; a água por ser o mais disponível e o mercúrio por ter uma altíssima
densidade e como consequência, implicar em pequenas alturas de coluna. Já o
manômetro de Bourdon, consiste em um tubo oval, que pode estar disposto em
forma de “C”, espiral ou helicoidal, tem uma de suas extremidades fechada e a outra
está aberta a pressão a ser medida. Quando se aplica uma pressão em seu interior,
ocorre uma deformação mecânica, que por sua vez, movimenta as engrenagens e
transmite ao ponteiro a medida de pressão em uma escala graduada.
11
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1. INSTRUMENTOS DE MEDIDA DE TEMPERATURA
3.1.1. Materiais Termômetro digital; Termômetro analógico; Termômetro de mercúrio; Banho termostático.
3.1.2. MétodosPrimeiramente, instalou-se o termômetro digital, analógico e o de mercúrio no
banho termostático, sendo este ligado em seguida.
Selecionou-se então como temperatura final a ser alcançada 55°C. Estipulou-
se então a temperatura inicial, o cronômetro foi ligado, e anotou-se a temperatura da
água marcada em cada um dos termômetros.
Fixou-se um intervalo de tempo de 5°C e mediu-se a temperatura em todos os
termômetros novamente e anotou-se o tempo que o cronômetro marcava.
Repetiu-se o procedimento até ser atingir-se a temperatura final estipulada.
3.2. INSTRUMENTOS DE MEDIDA DE PRESSÃO
3.2.1. Materiais Manômetro de Tubo em U; Manômetro de Bourdon; Régua metálica.
3.2.2. MétodosIniciou-se o procedimento com as válvulas V1 e V2 totalmente abertas e as
válvulas V3, V4 e V5 fechadas. Ligou-se a chave liga/desliga. Em seguida abriu-se a
válvula V4 totalmente e controlou-se a pressão abrindo V3 até chegar a marca 0,1
Kgf/cm2.
Anotou-se a diferença de altura visualizada no Manômetro de tubo em U
conectado ao sistema.
Em seguida, regulou-se a pressão abrindo V3 até chegar em 0,2 e, depois,
em 0,3Kgf/cm2. Ambas as vezes, anotou-se a variação de altura no Manômetro.
Para conseguir a pressão 0,4 e 0,5 Kgf/cm2, controlou-se a pressão fechando
a válvula V1.
Para finalizar, desligou-se o equipamento abrindo a válvula V1 e fechando a
válvula V4.
12
3.3. INSTRUMENTOS DE MEDIDA DE VAZÃO
3.3.1. Materiais Rotâmetro; Bomba centrífuga; Caixa de água; Cronômetro; Balança; Balde de plástico.
3.3.2. MétodosO sistema utilizado na prática está representado na Figura 01.
Inicialmente, com as válvulas V2 e V3 totalmente abertas e as válvulas V1 e
V5 do rotâmetro fechadas, ligou-se a chave liga/desliga.
Em seguida, abriu-se a válvula V1, controlando com a válvula V5 a vazão de
água desejada indicada pelo rotâmetro. Iniciou-se com a vazão de 1L/min.
Posteriormente, pesou-se a massa do balde utilizado e em seguida coletou-se
a água na saída 6 do equipamento num intervalo de tempo marcado no cronômetro.
Logo depois, pesou-se o balde novamente, com a água contida no mesmo. Anotou-
se o peso do balde inicialmente, o peso do balde com a água e o intervalo de tempo
obtido com a vazão utilizada. Este processo foi feito em duplicata.
Então, alterou-se a vazão e repetiu-se o procedimento até ter os resultados
para 7 vazões diferentes.
Finalizando, desligou-se o equipamento fechando totalmente a válvula 5 e em
seguida desligando a chave liga/desliga.
Figura 01 – Módulo experimental para medição de vazão
13
4. RESULTADOS
4.1. INSTRUMENTOS DE MEDIDA DE TEMPERATURA
Os resultados obtidos durante esta prática estão descritos na Tabela 01.
Tabela 01 – Resultados obtidos na prática de instrumentos de temperaturaBanho
Termostático (± 0,005°C)
Termômetro de Mercúrio (± 0,25 °C)
Termômetro Analógico
(± 1 °C)
Termômetro Digital
(±0,05°C)
Tempo(min)
29 31 28 28,6 033 35 31 32,5 2,7538 39,5 36 37,6 6,2543 44 41 42,5 9,7248 49 46 47,4 13,3753 54 51 52,5 17,2555 56 53 54,6 19,00
4.2. INSTRUMENTOS DE MEDIDA DE PRESSÃO
Na tabela a seguir encontram-se os dados coletados no experimento.
Tabela 02 – Resultados obtidos na prática de instrumentos de pressãoManômetro (Kgf/cm2)
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
∆H mercúrio(± 0,5mmHg)
82 141 182 245 315
4.3. INSTRUMENTOS DE MEDIDA DE VAZÃO
A Tabela 03 apresenta os resultados obtidos na prática.
Tabela 03 – Resultados obtidos na prática de instrumentos de vazãoVazão
Rotâmetro (±0,025 L/min)
1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Tempo(± 0,005s)
14,94 14,85 15,07 15,19 15,23 15,22 14,8414,91 15,11 15,16 15,10 15,02 15,20 15,05
Massa água1
(± 0,5g)228 374 512 646 748 898 1008224 370 494 616 756 882 984
Balde vazio: 258 g
1. A massa da água refere-se à diferença entre o peso do balde cheio e o peso do balde vazio.
14
5. DISCUSSÃO
5.1. TEMPERATURA
Tendo em mão os dados descritos na Tabela 01, fez-se a análise dos
resultados. Primeiramente construiu-se o gráfico Banho Termostático x Tempo, para
se obter a taxa de aquecimento. Posteriormente, adotou-se o termômetro de
mercúrio como padrão, para analisar de maneira objetiva e correlacionar os dados.
Plotou-se então os gráficos Termômetro analógico x Termômetro de Mercúrio,
Termômetro digital x Termômetro de Mercúrio e Banho termostático x Termômetro
de Mercúrio, usando o programa Origin 8.5, obtendo-se os gráficos, as equações da
reta ajustada e a correlação de cada ajuste.
Gráfico 01 – Banho Termostático x Tempo
Tabela 04 – Análise estatística gráfico Banho Termostático x Tempo
15
A curva anterior relaciona o tempo de aquecimento com a temperatura do
banho e ajustou-se nela uma regressão linear, obtendo a seguinte equação da reta:
y(x) = 1,3756x + 29,28453
Seria ideal que a reta cumprisse o quesito do coeficiente angular se igualar a
1 e o coeficiente linear se igualar a 0. Quanto mais próximo o aparelho desta
condição, mais confiável o mesmo é, porém na prática, dificilmente encontra-se este
resultado.
O coeficiente angular da reta ajustada nos da a taxa de aquecimento, no caso
1,3756 °C/min.
O grau de relacionamento entre duas variáveis contínuas é sintetizado por um
coeficiente de correlação conhecido. O R2 indica o quão próximos da reta estão os
pontos individuais. Por exemplo, os valores que se aproximam de -1,00 ou +1,00
indicam que os mesmos estão muito próximos, ou até mesmo sobre a reta.
Tomando o valor de R2 (na Tabela R-square), percebe-se um grau de
eficiência de 99,89% da reta em relação aos pontos coletados, indicando uma ótima
confiabilidade do instrumento.
Fez então as outras retas utilizando o termômetro de mercúrio como padrão:
Gráfico 02 - Termômetro analógico x Termômetro de Mercúrio
16
Tabela 05 – Análise estatística o gráfico Termômetro analógico x Termômetro de Mercúrio
Tem-se então a reta ajustada: y(x) = 1,02106x – 4,14254
Observando a equação da reta verifica-se que o valor obtido para o
coeficiente angular é satisfatório, muito próximo a 1, porém o coeficiente linear nos
dá um valor diferente do esperado.
Analisando o valor de R2 pode-se concluir que os dados se aproximam da reta
em 99,85% de eficiência, caracterizando um bom percentual da amostragem.
Gráfico 03 - Termômetro digital x Termômetro de Mercúrio
17
Tabela 06 - Análise estatística gráfico Termômetro digital x Termômetro de Mercúrio
Segue a reta ajustada: y(x) = 1,04333x – 3,7382
Observando a equação da reta verifica-se que o valor obtido para o
coeficiente angular satisfaz a condição esperada, porém o coeficiente linear
apresentou disparidade no valor que se esperava.
Observando o valor de R² verifica-se uma eficiência de 99,95% da reta obtida
relação aos dados coletados.
Por último fez-se o seguinte gráfico:
Gráfico 04 – Banho Termostático x Termômetro de Mercúrio
18
Tabela 07 – Análise estatística gráfico Banho Termostático x Termômetro de Mercúrio
Obteve-se a reta ajustada: y(x) = 1,04597x – 3,3943
Observa-se nestes resultados que a equação obtida fornece um coeficiente
angular aceitável de acordo com o esperado, porém o coeficiente linear fornece um
valor distinto do esperado.
Como se utilizou o termômetro de mercúrio como padrão para obter os outros
gráficos, este carregou consigo o erro no coeficiente linear, proporcionando um
aumento do erro nos outros gráficos.
Ao construir o gráfico Banho Termostático x Termômetro Digital e Banho
Termostático x Termômetro Analógico, percebe-se que os coeficientes linear e
angular possuem valores satisfatórios, mostrando que o termômetro de mercúrio
encontra-se descalibrado, fazendo com que as curvas que o utilizaram como padrão
tenham valores de coeficientes ruins.
Gráfico 05 – Banho Termostático x Termômetro Digital
19
Tabela 08 - Análise estatística gráfico Banho Termostático x Termômetro Digital
Gráfico 06 – Banho Termostático x Termômetro Analógico
Tabela 09 – Análise estatística Banho Termostático x Termômetro Analógico
O pequeno erro associado ao ajuste da reta deve-se ao erro dos termômetros
utilizados juntamente com o erro dos integrantes que manusearam os mesmos. O
erro dos termômetros dá-se devido ao seu princípio de funcionamento e aos fatores
externos que influenciam o aparelho.
O termômetro de mercúrio foi o que mais apresentou discrepância em relação
às condições ideias. Fazendo uma análise do seu funcionamento, pode-se associar
20
a imprecisão do mesmo devido a expansão do mercúrio ser influenciada por fatores
como o vazamento, o calor específico do mesmo, a paralaxe e etc.
Os resultados obtidos do termômetro analógico mostra que o mesmo possui
uma boa precisão apesar do pequeno erro relacionado ao mesmo. Seu
funcionamento está associado a uma mola que expande e o seu ponteiro oscilava
levemente, dificultando a leitura da temperatura pelo manuseador.
Já o termômetro digital, que possui em seu funcionamento uma mola mais
precisa, mostrou-se como sendo o instrumento de maior precisão, visto que foi o que
mais se aproximou das condições ideais.
Por fim, faz-se uma análise dos erros de cada equipamento, que seria a
metade da menor escala sendo que o termômetro de mercúrio carrega um erro de ±
0,5 °C, o termômetro analógico um erro de ± 1 °C e o termômetro digital um erro de
± 0,05 °C. Visualiza-se nestes erros que o aparelho digital é o que possui maior
precisão em relação aos outros, evidenciando o resultado obtido.
Na indústria, os termômetros possuem valor crucial visto que a temperatura é
um dos parâmetros mais medidos em um processo industrial. Ao utilizarem-se
termômetros descalibrados ou realizarem-se as tarefas com pouca atenção, os erros
acarretados podem colocar em risco o produto resultante do processo, a vida das
pessoas que trabalham no local e das pessoas que consomem o produto e também
prejudicar os equipamentos.
Por isso é de extrema importância a fiscalização dos equipamentos bem
como dos funcionários que os utilizam, para ter uma segurança dentro da indústria.
5.2. PRESSÃO
Usando os dados da Tabela 02 e utilizando o fator de conversão 1mmHg =
0,0014 Kgf/cm2 (FONTE: Revista P&S, Editora Banas <http://goo.gl/pfq9V> Data de
acesso: 16/03, 17:00 hrs), converteu-se as pressões através da regra de três
simples:
1 mmHg - 0,0014 Kgf/cm2
82 ± 0,5 mmH - x
X = (82 ± 0,5) * 0,0014
21
X = 0,1148 ± 0,0007 = 0,12 ± 7.10-4 Kgf/cm2
Repetindo o método para todos os valores obtidos, tem-se a tabela seguinte:
Tabela 10 – Pressão calculada em Kgf/cm2
ManômetroKgf/cm2
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Pressão calculada
(± 7.10-4) Kgf/cm2
0,12 0,19 0,25 0,34 0,44
A partir destes valores foi construído um gráfico (Pressão manômetro x
Pressão calculada) utilizando o programa Origin 8.5, sendo em seguida feita a
análise estatística e se obtendo a reta ajustada com seus coeficientes angular e
linear e a correlação do ajuste.
Gráfico 07 – Pressão Manômetro x Pressão Calculada
Tabela 11 – Análise estatística gráfico Pressão Manômetro x Pressão Calculada
22
Obtém-se a seguinte reta ajustada: y(x) = 1,25238x – 0,03564
Observando a reta ajustada, percebe-se que mesmo os resultados se
distanciando do valor esperado, a reta ajustada possui o coeficiente angular
bastante próximo de 1 e o coeficiente linear próximo de 0. Observando o coeficiente
de correlação tem-se que R2 = 0,98584, representando 98,58% de eficiência no
ajuste.
Esta diferença da pressão calculada em relação a pressão do manômetro se
dá tanto pelo erro do equipamento usado para medir a diferença de altura (no caso a
régua de metal), tanto pelo erro do administrador da régua e tanto pelas condições
que foram realizadas a operação.
Durante a medição da diferença de altura, o mercúrio que estava dentro do
manômetro de tubo em U não permanecia estático, variando constantemente a
altura e dificultando a medição do intervalo da mesma. Esta oscilação pode ser
resultado de defeitos na bomba que regulava a vazão nos canos, acarretando assim
um erro bastante significativo nas medições.
Dentro da indústria os manômetros são de grande importância, pois através
da pressão pode-se monitorar e controlar outras variáveis do processo, como
densidade, vazão e nível.
5.3. VAZÃO
Os resultados do experimento de vazão encontram-se na Tabela 03.
Considerando a temperatura da água em 25°C, tem-se que a densidade da
mesma é 0,99707 g/mL (FONTE: Instituto Newton C. Braga).
Utilizando a equação 1 obtém-se o valor do volume.
ρ=mV
(1)
ρ = densidade (g/mL)m = massa (g)V = volume (mL)
23
Utilizando a equação 2 obtém-se o tempo em minutos.
tmin=t seg60
(2)
tmin = tempo em minutos (min)t seg = tempo em segundo (s)
Em seguida, utilizando a equação 3 e os resultados obtidos com as equações
anteriores, calcula-se a vazão.
Q=Vt
(3)
Q = vazão (L/min)V = volume (L)t = tempo (min)
Para calcular o erro, fez-se a média das duas vazões encontradas para cada
ponto, sendo depois o valor da média subtraído de cada um dos valores iniciais de
vazão encontrados, obtendo o erro de cada um. Posteriormente, calculou-se a
média desses dois erros. O processo foi repetido para os outros pontos.
A tabela seguinte mostra o valor da vazão rotâmetro em paralelo com a média
das vazões e o erro respectivo.
Tabela 12 – Vazão do rotâmetro e Média dos valores de vazão calculados juntamente com seus respectivos erros
Vazão Rotâmetro (±0,025 L/min) Vazão Calculada (L/min)1 0,911188 ± 0,0071645
1,5 1,49464 ± 0,020912 2,00297 ± 0,04204
2,5 2,50736 ± 0,0518453 2,99218 ± 0,0367
3,5 3,52116 ± 0,029324 4,01099 ± 0,0765
Através destes valores, construiu-se o gráfico Vazão Rotâmetro x Vazão
Calculada, com o programa Origin 8.5, obtendo-se o gráfico, a reta ajustada com
seus respectivos valores de coeficiente linear e coeficiente angular e a correlação do
ajuste.
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Gráfico 08 – Vazão Rotâmetro x Vazão Calculada
Tabela 13 – Análise estatística gráfico Vazão Rotâmetro x Vazão Calculada
Tem-se então a seguinte reta ajustada: y(x) = 0,97565x + 0,06916
Observa-se que os valores encontrados aproximam-se bastante dos teóricos,
obtendo-se assim uma reta perfeitamente ajustada. O coeficiente angular e o
coeficiente linear da equação da reta estão com os valores aceitáveis em relação ao
quesito adotado.
Observando o valor de R2 observa-se 99,93% de eficiência no ajuste,
caracterizando uma boa amostra de dados.
O erro relacionado ao ajuste dá-se pelos erros relacionados ao aparelho e ao
manuseador. Os erros do aparelho podem ter sido a escala do rotâmetro com pouca
precisão, o fluxo da água não ocorrer de forma constante e consequentemente
resultar na oscilação da boia. Os erros dos manuseadores do aparelho seriam na
hora da coleta da água com o balde, devido a vazão não ser totalmente constante, o
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erro relacionado com o cronometro durante a coleta, erro na pesagem e nos
cálculos.
Na indústria, os instrumentos de vazão necessitam estar sempre calibrados
para não prejudicar a velocidade e o rendimento do processo, evitando assim
prejuízo para a mesma.
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6. CONCLUSÃO
Durante qualquer processo feito tanto em laboratório quanto na indústria faz-
se necessário o uso de equipamentos calibrados evitando desperdícios de tempo e
de matéria-prima, impedindo acidentes e deixando o processo mais eficiente.
As curvas de calibração feitas encontram-se dentro de um erro aceitável. Em
relação aos instrumentos de medida de temperatura, o termômetro de mercúrio está
com um erro maior em relação aos outros, mostrando que se encontra descalibrado.
O instrumento de pressão analisado mostrou resultados ligeiramente
afastados em relação aos pontos, isso se dá tanto pelos erros do equipamento,
quanto pelos erros dos manipuladores dos mesmos.
No experimento de vazão, verificaram-se resultados bons, mostrando que o
equipamento usado era preciso e os pequenos erros encontrados devem-se ao erro
embutido dos instrumentos juntamente com o erro do operador.
De uma maneira geral, conclui-se que os equipamentos utilizados nas
práticas podem ser utilizados para obter dados confiáveis.
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7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Veit, M.T, Apostila dos roteiros da disciplina de laboratório de engenharia
química I, 2010.
Programa ford/unicamp de aprimoramento de pessoal técnico
< http://goo.gl/6nlbH>
Acesso: 20/03/2013 às 14:34 hrs.
Medição da Temperatura < http://goo.gl/GzBL6>
Acesso 17/03/2013 às 21:46 hrs.
Instituto Newton C. Braga <http://goo.gl/lkMOv>
Acesso: 14/03/2013 às 17:52 hrs
Revista P&S, Editora Banas <http://goo.gl/pfq9V>
Acesso: 16/03/2013 às 17:00 hrs
