Questão 76 Unesp 2023 - 1ª fase
O termopar é um sensor de temperatura constituído por dois fios metálicos distintos, 1 e 2, unidos em uma das extremidades pela chamada junção de medida, e conectados na outra extremidade a um voltímetro, conforme a figura.
Como esses fios são constituídos de metais diferentes, o voltímetro indica uma diferença de potencial que depende da temperatura lida pela junção de medida. Essa diferença de potencial é interpretada e determina a temperatura lida pelo termopar.
Os termopares são classificados com letras, dependendo dos metais utilizados em sua confecção. O gráfico mostra como varia a diferença de potencial (U), lida pelo voltímetro, em função da temperatura (θ), indicada por três tipos de termopares, E, K e N. Nesse gráfico, a sensibilidade do termopar, medida em mV/ºC, está associada à inclinação da reta tangente à curva, em determinado ponto.
De acordo com o gráfico,
| a) |
para uma mesma temperatura, a diferença de potencial lida pelo voltímetro é menor para o termopar do tipo E do que para o termopar do tipo K. |
| b) |
o termopar do tipo E apresenta uma sensibilidade menor do que o termopar do tipo K para qualquer faixa de temperatura. |
| c) |
para uma mesma diferença de potencial lida pelo voltímetro, o termopar do tipo N indica uma temperatura maior do que o termopar do tipo E. |
| d) |
na faixa de 600 ºC a 1200 ºC, a sensibilidade do termopar do tipo K é maior do que a sensibilidade do termopar do tipo N. |
| e) |
dos três tipos de termopares, o do tipo N é o que apresenta maior sensibilidade. |
Analisando o gráfico, podemos verificar que:
- para uma mesma diferença de potencial, a temperatura medida pelo termômetro E é menor que a temperatura medida pelo termômetro K, e esta por sua vez é menor que a temperatura do termômetro N (), conforme indicado na figura 1;
- para uma mesma temperatura, a diferença de potencial elétrico, medido pelo voltímetro, no termômetro E é maior que a no termômetro K, e esta por sua vez é maior que a no termômetro N (), conforme podemos ver na figura 2;
- a sensibilidade de um termopar é tão maior quanto maior for a inclinação da reta tangente ao gráfico da tensão em função da temperatura, em outras palavras, quanto maior for o coeficiente angular do gráfico. Com isso, o termopar mais sensível é o tipo E, que possui a reta mais inclinada, seguido pelos tipos K e N, sendo que estes dois últimos possuem a mesma sensibilidade quando a temperatura é maior que 400 °C, uma vez que os gráficos passam a ser representados por segmentos de retas paralelas com a mesma inclinação.
Figura 1: para uma mesma diferença de potencial (40 mV, neste exemplo), a menor temperatura será para o termopar E, seguida pelo termopar K e posteriormente pelo termopar N.
Figura 2: para uma mesma temperatura (próxima a 600 ºC, neste exemplo), a menor diferença de potencial será para o termopar N, seguida pelo termopar K e posteriormente pelo termopar E.
Análise das alternativas.
a) Incorreta. Conforme discutido acima (vide Figura 1), a diferença de potencial lida pelo voltímetro é maior para o termopar do tipo E do que para o termopar do tipo K.
b) Incorreta. Como já mencionado, o termopar tipo E possui uma sensibilidade maior, pois para uma mesma variação de temperatura, este produzirá maior variação na diferença de potencial.
c) Correta. Conforme discutido acima (vide Figura 2), de fato o termopar do tipo N indica uma temperatura maior do que o termopar do tipo E para uma mesma diferença de potencial.
d) Incorreta. Conforme discutido acima, quando as duas funções possuem gráficos que são segmentos de retas paralelos, as sensibilidades são iguais. Como na faixa entre 600 °C e 1200 °C os gráficos das funções são segmentos de retas paralelos, as sensibilidades dos dois termopares são iguais.
e) Incorreta. Conforme analisado no item b e na discussão no início da resolução, o tipo E é o que apresenta maior sensibilidade.