UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
ESCOLA DE ENGENHARIA
ENGENHARIA MECÂNICA E DE ENERGIA
ENG 03108 – Medições Térmicas (Energia e Fenômenos de Transporte)
Prof. Paulo Smith Schneider e Prof. Alexandre Vagtinski de Paula
http://www.ufrgs.br/medterm
EDITAL DOS TRABALHOS DA DISCIPLINA MEDIÇÕES TÉRMICAS
Edição 2015-2
1. Apresentação
O presente edital apresenta o objetivo, as diretrizes e o método de avaliação do
trabalho proposto na presente edição da disciplina.
O trabalho é o mesmo para todos os integrantes da disciplina, e deverá ser apresentado
por grupos de 2 alunos, ou excepcionalmente individualmente.
Estão previstos 3 eventos de avaliação: 2 experimentais e a confecção de um Manual de
PRODUTO, não sendo prevista nenhuma prova escrita. As datas dos eventos de avaliação
estão previstas no cronograma em www.ufrgs.br/medterm/ensino/calendario_med_term.pdf.
2. Objetivo do Trabalho
2.1 Objetivo geral
O trabalho proposto para a presente edição da disciplina é dedicado à concepção,
construção e avaliação de uma estação meteorológica, doravante chamada de PRODUTO.
2.2 Objetivos específicos
- Ler a temperatura, umidade, direção/sentido e velocidade de uma corrente de ar;
- Realizar a medição com o auxílio de um microprocessador ARDUINO, que é uma
plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre;
- Apresentar as grandezas medidas no próprio ARDUINO, através de um periférico de
visualização a ele conectado, independente do auxílio de um computador;
- Integrar o conjunto formado pelos sensores, o ARDUINO e a visualização dos
resultados de forma a configurar um PRODUTO;
- Ensaiar o PRODUTO em uma bancada experimental construída no Laboratório de
Aplicações em Energia e Fenômenos de Transporte – LAEFT, seguindo a sequência prevista no
cronograma da disciplina;
- Elaborar um manual de utilização do PRODUTO.
3. Eventos de avaliação
Avaliação #1- Medição de temperatura e umidade de uma corrente de ar
Cada grupo deve trazer seu PRODUTO capaz de ler e apresentar os valores adquiridos
para a temperatura e a umidade de uma corrente de ar em condições de laboratório. Nessa
etapa são esperados os seguintes requisitos mínimos:
A1.1. Leitura da temperatura e a umidade de uma corrente de ar com sensores conectados à
plataforma ARDUINO;
A1.2. Apresentação visual dos resultados sem auxílio de um computador conectado ao
ARDUINO;
A1.3. Exatidão da medição das grandezas para diferentes valores;
A1.4. Baixa perda de carga provocada pelos elementos sensores.
A bancada experimental prevista para essa etapa é apresentada na Figura 1
Figura 1 – Esquema da bancada de ensaios de temperatura e umidade de uma corrente de ar
Em (1) o ar ambiente é admitido na bancada de forma forçada por um ventilador,
atingindo velocidades médias de até 25 m/s.
O escoamento segue para o aquecedor (2).A temperatura do ar pode variar desde o
valor do ambiente até cerca de 50 oC, e a umidade relativa do ar acompanha essa variação,
sempre de forma inversa.
A temperatura e a umidade relativa da corrente de ar são medidas em (2).
Os sensores do PRODUTO elaborado pelos grupos será montado em um trecho curto
(4), de diâmetro idêntico ao da bancada, e a ela conectada por meio de 2 luvas.
O escoamento é descarregado para o exterior após passar por outro trecho reto (5).
Toda a tubulação da bancada é de PVC com diâmetro de 100 mm, incluindo as luvas de
conexão.
Os valores de temperatura e umidade do ar lidos pela instrumentação da bancada
servirão de referência para comparação com aqueles lidos pelos PRODUTOS de cada grupo.
Avaliação #2- Medição temperatura, umidade, direção/sentido e velocidade média de
uma corrente de ar
Além dos valores de temperatura e umidade do ar ambiente, cada grupo deve
apresentar os valores de direção/sentido e velocidade média (magnitude) de uma corrente de
ar livre, provocada por uma bancada de laboratório. Nessa etapa são esperados os seguintes
requisitos mínimos:
A2.1. Leitura da temperatura e umidade de uma corrente de ar com sensores conectados à
plataforma ARDUINO;
A2.2. Leitura da direção/sentido e velocidade média (magnitude) de uma corrente de ar
com sensores conectados à plataforma ARDUINO;
A2.3. Exatidão da medição das grandezas direção/sentido e velocidade média (magnitude)
para diferentes valores impostos pela bancada;
O PRODUTO será posicionado em uma seção de ensaio montada em uma bancada de
testes, conforme figura a seguir.
Figura 2 – Esquema da bancada de ensaios de uma corrente de ar livre
A bancada é formada por um ventilador axial que promove uma corrente de ar que é
direcionada para uma seção de ensaio. A intensidade do ar pode ser variada pela modulação
da rotação do ventilador, por meio de um variador de frequência, sendo que o valor da
velocidade média encontra-se na faixa de 1,0 até 3,0 m/s.
A seção de ensaio fica livre para girar 360o e tem dimensões de 30 cm de diâmetro e 30
cm de altura, o que condiciona o tamanho do PRODUTO estação meteorológica. O PRODUTO
deverá ficar restrito a essas dimensões.
O PRODUTO é formado por sensores capazes de medir 4 grandezas de interesse:
temperatura, umidade, velocidade média e direção/sentido da corrente de ar
Procedimento de medição
Velocidade média (magnitude) do escoamento
O escoamento produzido pelo ventilador da bancada terá sua velocidade média (magnitude)
medida por um anemômetro de fio quente calibrado (ver certificado de calibração no Apêndice) e
posicionado imediatamente antes da seção de ensaio. O valor da velocidade é a média obtida após
20 segundos de medição contínua da velocidade instantânea. Cada grupo deverá fornecer seu valor
de velocidade média para o mesmo intervalo de medição, efetuada em simultâneo com aquela da
bancada.
Direção e sentido do escoamento
A direção e o sentido predominantes do escoamento serão indicados na bancada por meio de
uma marcação na base da sua seção de ensaio. Os valores dessa grandeza serão lidos pelos grupos e
comparados com os da bancada, indicado em graus, sendo 0o = norte e valores crescentes no sentido
horário, conforme mostra a próxima figura.
Figura 3- Convenção para medição da direção e sentido da corrente de ar
Observações: um manual de utilização simplificado do sensor de fio quente encontra-se afixado
junto à bancada.
Avaliação #3- Manual do PRODUTO
Os grupos deverão elaborar um manual de descrição e utilização da estação
meteorológica. O Manual deve conter os seguintes itens relativos ao PRODUTO:
A3.1. Apresentação para o público
A3.2. Descrição
A3.3. Ficha técnica (faixa de utilização, exatidão, incertezas, etc)
A3.4. Manutenção
A3.5. Formatação da empresa (nome, logo, contato, SAC, etc)
Lembrem-se que o PRODUTO deve ser apresentado o mais próximo possível de uma versão
comercial, incluindo o nome da empresa (grupo) que o produziu.
4. Materiais
4.1. Materiais disponibilizados pelo LAEFT:
Obrigatório
• As bancadas de ensaio instrumentadas, conforme mostrado nas figura 1 e 2.
• Multímetros de mão; manômetros.
4.2. Materiais de responsabilidade dos grupos:
Todo o tipo de material necessário para a construção do PRODUTO e da sua
instrumentação, incluindo o ARDUINO, e miscelâneas como suportes, conexões, ligações,
fiação elétrica, isolamentos, componentes elétricos, ou qualquer outro necessário para a
execução do trabalho.
5. Avaliação
As notas para cada um dos 3 eventos de avaliação serão dadas como segue:
- Será dada nota nula para quem não entregar o trabalho ou o PRODUTO não funcionar para a
medida de cada uma das grandezas previstas no item 3;
- Os valores lidos em cada uma das avaliações A1 e A2 serão comparados com aqueles de
referencia instalados na bancada, e para cada grandeza será calculada uma diferença chamada
∆Gi.
- Inicialmente serão identificados os pontos fora da curva (critério de Chauvenet) para cada ∆Gi e
para eles serão atribuídos a nota 4. O conjunto restante terá nota 5 para a maior diferença e 10 para
a menor diferença em relação à medida da bancada. Os valores intermediários do conjunto de
ensaios serão linearizados.
- O manual de PRODUTO receberá uma nota média resultante dos itens apresentados em A3;
- A nota do 2º evento de avaliação A2 será dada por
2=
+
+ 3
8
+ 3
çã /
- A nota final será dada por
=
1+3 2+ 3
5
6. Observações finais
Caso for necessário, este edital poderá ser reeditado a qualquer momento pelos
professores da disciplina, ficando a cargo dos alunos verificarem as atualizações na página da
disciplina.
Os trabalhos dos colegas dos semestres anteriores poderão ser consultados na página
da disciplina ( http://www.ufrgs.br/medterm).
Casos omissos ou eventuais problemas serão decididos pelos professores da disciplina.
As entregas dos trabalhos seguirão o cronograma da disciplina. Cada evento de
avaliação incluirá a verificação experimental da funcionalidade do PRODUTO na bancada do
Laboratório e da entrega do Manual de PRODUTO correspondente.
No dia previsto no calendário da disciplina, todos os grupos entregarão e montarão
seus protótipos na bancada. Os experimentos serão apresentados aos professores da
disciplina ao longo do horário de aula, com a participação obrigatória dos integrantes do
grupo.
Os grupos devem ser compostos preferencialmente por colegas da mesma turma. Caso
não o sejam, os alunos devem consultar os professores para decidir em qual horário farão a
apresentação.
APÊNDICE – Certificado de calibração do anemômetro de fio quente VT200F