Um sistema de instrumentação utiliza um sensor de temperatura do tipo bulbo com enchimento de líquido para monitorar um processo industrial. Esse tipo de sensor baseia-se na variação de volume do líquido contido no bulbo e no capilar, transmitida a um elemento de medição (como tubo Bourdon, fole ou diafragma). Sobre esse tipo de instrumento, assinale a alternativa CORRETA:
a) Esse sensor é adequado apenas para baixíssimas temperaturas, pois o líquido do enchimento evapora rapidamente em temperaturas acima de
.
b) O funcionamento depende da variação de volume do líquido em função da temperatura, sendo transmitido mecanicamente até o elemento indicador ou registrador.
c) Por depender de propriedades elétricas, esse tipo de sensor necessita de alimentação externa para converter a variação térmica em sinal de corrente.
d) Esse instrumento apresenta resposta extremamente rápida a variações de temperatura, sendo preferido em processos com dinâmica de alta frequência.
e) O enchimento líquido é sempre mercúrio, independentemente da faixa de medição desejada.
a) Esse sensor é adequado apenas para baixíssimas temperaturas, pois o líquido do enchimento evapora rapidamente em temperaturas acima de
b) O funcionamento depende da variação de volume do líquido em função da temperatura, sendo transmitido mecanicamente até o elemento indicador ou registrador.
c) Por depender de propriedades elétricas, esse tipo de sensor necessita de alimentação externa para converter a variação térmica em sinal de corrente.
d) Esse instrumento apresenta resposta extremamente rápida a variações de temperatura, sendo preferido em processos com dinâmica de alta frequência.
e) O enchimento líquido é sempre mercúrio, independentemente da faixa de medição desejada.
Passo 1
O enunciado descreve um sensor de temperatura do tipo bulbo com enchimento de líquido e pede que eu assinale a alternativa CORRETA entre as opções (a) a (e). Informações relevantes dadas no enunciado:
- O sensor é do tipo bulbo com enchimento de líquido, com capilar que transmite a variação até um elemento de medição (tubo Bourdon, fole ou diafragma).
- O enunciado afirma que esse tipo de sensor baseia-se na variação de volume do líquido contido no bulbo e capilar, transmitida ao elemento de medição.
- As alternativas (a) a (e) apresentam afirmações sobre comportamento, mecanismo, necessidade de alimentação, rapidez de resposta e tipo de enchimento.
Passo 2
O que é e como funciona, em termos simples (aula curta e prática).
- Estrutura: esse sensor tem basicamente três partes: o bulbo sensível (onde o líquido recebe calor), o capilar (um tubo fino que liga bulbo ao elemento transmissor) e o elemento indicador ou detector (tubo Bourdon, fole, diafragma) que converte o movimento do fluido em deslocamento mecânico mensurável.
- Princípio físico: quando a temperatura do bulbo muda, o líquido de enchimento muda de volume; essa mudança de volume desloca coluna de líquido no capilar e aplica pressão ou deslocamento no elemento indicador, que então move um ponteiro ou aciona um registro. Isso é transmissão mecânica pura — não depende de efeitos elétricos intrínsecos do enchimento.
- Fórmula útil (para entender quantitativamente): a variação do volume de um líquido com a temperatura pode ser aproximada por
onde
é a variação de volume,
é o coeficiente volumétrico de dilatação térmica do líquido,
é o volume inicial e
é a variação de temperatura. Explicando as variáveis:
indica quanto o volume muda por grau Celsius; se
for maior, uma mesma
produz maior
.
- Consequência prática: como o princípio é dilatação volumétrica, a construção (diâmetro do capilar, compressibilidade do fluido, rigidez do elemento indicador) determina sensibilidade e faixa de operação.
Passo 3
Sobre resposta dinâmica e escolha do líquido — conceitos que ajudam a avaliar as alternativas.
- Resposta temporal: a velocidade de resposta depende da transferência de calor ao bulbo (condutividade térmica do bulbo, contato com o meio) e da massa térmica do líquido/bulbo. Em geral esses sensores têm resposta mais lenta que sensores de contato direto de baixa massa (p. ex. termopares pequenos ou termistores), portanto não são ideais para sinais de alta frequência.
- Escolha do enchimento: existem vários líquidos usados dependendo da faixa de temperatura e propriedades desejadas: álcoois, éteres, óleos de silicone, glicerina, mercúrio em alguns casos históricos/específicos. Cada líquido tem seu próprio
, faixa de fase líquida (ex.: ponto de congelação e ebulição) e viscosidade. Assim, não é verdade que sempre se use mercúrio; a escolha depende da faixa de medição, segurança e precisão. - Evaporação e faixa de temperatura: líquidos usados são escolhidos para permanecerem líquidos na faixa de operação. A afirmação de que “evapora rapidamente acima de
” é uma generalização incorreta — muitos enchimentos suportam temperaturas bem maiores; a evaporação depende do líquido específico e do projeto (vedação, pressão, etc.).
Passo 4
Analiso a alternativa (a).
- Enunciado (a): “Esse sensor é adequado apenas para baixíssimas temperaturas, pois o líquido do enchimento evapora rapidamente em temperaturas acima de
.” - Avaliação: falso. Não é verdade que todos os líquidos evaporem rapidamente acima de
. Existem enchimentos (óleos silicone, mercúrio, alguns óleos minerais) que trabalham bem acima de . Além disso o projeto do bulbo/capilar é vedado para minimizar evaporação. Logo (a) é incorreta.
Passo 5
Analiso a alternativa (b).
- Enunciado (b): “O funcionamento depende da variação de volume do líquido em função da temperatura, sendo transmitido mecanicamente até o elemento indicador ou registrador.”
- Avaliação: isso corresponde exatamente ao princípio básico dos sensores bulbo-com-enchimento-líquido descrito no enunciado e explicado nos passos anteriores. A variação volumétrica (veja a fórmula
) gera deslocamento que é transmitido mecanicamente ao tubo Bourdon/fole/diafragma, que por sua vez aciona o indicador. Não requer suposições adicionais. Portanto (b) está correta.
Passo 6
Analiso a alternativa (c).
- Enunciado (c): “Por depender de propriedades elétricas, esse tipo de sensor necessita de alimentação externa para converter a variação térmica em sinal de corrente.”
- Avaliação: falso. O sensor descrito funciona por dilatação volumétrica e transmissão mecânica; não depende de propriedades elétricas intrínsecas do enchimento. Não precisa de alimentação elétrica para gerar o sinal mecânico (embora um registrador elétrico acoplado possa requerer alimentação). A alternativa generaliza erroneamente.
Passo 7
Analiso a alternativa (d).
- Enunciado (d): “Esse instrumento apresenta resposta extremamente rápida a variações de temperatura, sendo preferido em processos com dinâmica de alta frequência.”
- Avaliação: falso. Pelo que falei no Passo 3, a resposta é limitada pela transferência de calor e massa térmica; esses sensores tendem a ser mais lentos que termopares ou termistores de pequena massa. Portanto não são indicados para dinâmica de alta frequência. (d) é incorreta.
Passo 8
Analiso a alternativa (e).
- Enunciado (e): “O enchimento líquido é sempre mercúrio, independentemente da faixa de medição desejada.”
- Avaliação: falso. O mercúrio foi usado historicamente por sua ampla faixa líquida e coeficiente de expansão relativamente estável, mas hoje em dia usa-se também álcool, óleos siliconados, glicerina, etc., dependendo da faixa térmica, segurança e sensibilidade desejadas. Logo (e) é falsa.
Passo 9
Conclusão final: com base na explicação do princípio de funcionamento (dilatação volumétrica transmitida mecanicamente) e na análise das alternativas, a única correta é a (b).
Resposta
b)