Fonte: Rossetto (2014).
3.1.6 Medição de temperatura de sucção
Outra variável que deve ser estudada é a temperatura de sucção medida pelo painel de avaliação de eficiência. Para tal, no padrão de
capacidade foi instalado um termopar tipo T diretamente no passador do compressor utilizado como referência.
Apesar de a incerteza de medição de temperatura com o uso de o termopar ser superior à incerteza que poderia ser atingida com o emprego de um termorresistor, como Pt100, por exemplo, ele foi selecionado devido à possibilidade de ser instalado dentro do passador de sucção, reduzindo a influência do ambiente externo na temperatura medida.
Na figura 33 é mostrado como foi realizada a instalação do transdutor de temperatura dentro do tubo de sucção. Esse processo permite a melhor comparação da temperatura de sucção entre painéis, apesar de dificultar o processo de calibração pelo fato de o transdutor estar soldado ao compressor, impossibilitando o uso do método do banho térmico, normalmente utilizado.
Figura 33 - Medição de temperatura de sucção do compressor.
Fonte: Autor.
Para fazer a aquisição do termopar, foi utilizado um sistema de aquisição 34970a da Agilent (AGILENT, 2012). A escolha desse modelo deve-se à facilidade em realizar a aquisição dos dados e à simplicidade da instalação do mesmo na bancada do padrão de capacidade.
A incerteza de medição é composta pela parcela do termopar (± 0,5 ºC) e do sistema de aquisição (± 1,0 ºC), conforme mostrado na equação (15).
(15)
equipamento será utilizado em um laboratório com temperatura controlada. Dada a equação (15), a incerteza de medição, considerando infinitos graus de liberdade com 95% de confiança para a temperatura de sucção é de ± 1,3 ºC. Esse valor impacta na ordem de 0,5 % no valor de capacidade de refrigeração.
Considerando o impacto da incerteza de medição das variáveis, a temperatura de sucção juntamente com a de medição de vazão mássica são os pontos mais críticos para o padrão de capacidade de refrigeração.
Dada a elevada incerteza apresentada acima, avaliou-se a possibilidade de utilizar outra cadeia de medição para a temperatura de sucção utilizando termopar. Para tal, pode-se medir a tensão de saída do termopar e medir a temperatura na placa de aquisição, o mais próximo possível do ponto de conexão do termopar, sendo utilizada como temperatura de referência, conforme mostrado na figura 34.
A temperatura medida (Tj1) com o circuito mostrado na figura 34 pode ser calculada com a equação (16), na qual, V representa a tensão medida pelo voltímetro e α representa o coeficiente de sensibilidade que utiliza um polinômio de 7ª ordem em função da temperatura.
Figura 34 - Configuração para medição de temperatura medindo a tensão no termopar.
Fonte: Agilent Technologies (2000).
(16)
Para análise da incerteza de medição da temperatura (Tj1) será avaliada a incerteza de medição da tensão e depois esse valor será convertido para temperatura. A parcela de incerteza inerente ao parâmetro α será desprezada.
Primeiro, será avaliada a incerteza padrão de medição da temperatura de referência ( ). A incerteza de medição dessa variável é
apresentada na equação (17), sendo composta pela incerteza do sistema de aquisição (umr), equação (18), e do transdutor utilizado, Pt100 classe A, (uPt100), equação (19). (17) (18) (19)
O valor de temperatura medida com o Pt100 (Tm) será na ordem de 25 ºC, portanto, a resistência ôhmica medida (Rm) será 109,63 Ω. O fundo de escala (Fe) do ohmímetro utilizado para esse valor de resistência é de 1000 Ω.
Dado o valor de resistência ôhmica medida e o valor de fundo de escala, utilizando a equação (18) tem-se o valor de umr de 0,054 °C.
Já o valor de incerteza da medição da temperatura (uPt100), calculado com a equação (19), é de 0,2 ºC.
Com os valores obtidos das equações (18) e (19), é possível calcular a incerteza da medição de temperatura com o Pt100. Utilizando a equação (17) é calculado a incerteza de 0,12 °C. Ao expandir o valor considerando infinitos graus de liberdade, a incerteza de medição do Pt100 com intervalo de confiança de 95% é de ± 0,24 ºC.
Como a temperatura ambiente considerada foi de 25 ºC, isso significa que, dada a incerteza de medição da temperatura de referência, seu valor encontra-se, com 95% de confiança, dentro do intervalo de (24,76 a 25,24) ºC.
Os valores de temperatura foram convertidos para tensão com os seus respectivos coeficientes de sensibilidade. A curva que correlaciona temperatura com tensão pode ser vista na figura 35. Na tabela 2 estão mostrados os valores encontrados para correlação de temperatura e tensão, além da diferença entre a tensão a 25 ºC e aos outros valores de temperatura.
Ao converter a temperatura em tensão, tem-se que a maior diferença de tensão é de 9,73 µV. Será considerado o pior caso na análise de incerteza de medição.
A tensão (V) pode ser medida com o Agilent 34970a. A incerteza de medição para tensão (uv), equação (20), será calculada considerando a
incerteza do equipamento (ue), equação (21), e a linearidade do conversor A/D (ul), equação (22). A parcela da resolução, apresentada na equação (23) e cujo valor é de 0,03 µV, foi desconsiderada por ser muito pequena frente às demais.
Figura 35 - Correlação entre temperatura e tensão dado o coeficiente de sensibilidade.
Fonte: Autor.
Tabela 2 - Correlação entre temperatura e tensão gerada pelo termopar.
Temperatura [ºC] Tensão [µV] Diferença de tensão em relação a 25 ºC [µV] 24,76 982,25 9,72 25,00 991,97 0,00 25,24 1001,70 9,73 Fonte: Autor. (20) (21) (22)
(23)
O valor de temperatura medida (Tj1) será na ordem de 40 ºC e a temperatura de referência será de 25 ºC, portanto, para um termopar do tipo T a tensão medida (Vm) será 0,62 x 10-3 V. O fundo de escala (Fe) para medição dessa tensão é de 0,1 V.
Com os valores apresentados acima, o valor de incerteza da medição de tensão (uV) calculado com a equação (20) é de ± 2,33 µV. A incerteza expandida considerando infinitos graus de liberdade e intervalo de confiança de 95% é de ± 4,66 µV.
Para o cálculo da incerteza de medição final, os valores de incerteza de medição da temperatura de referência e da tensão foram somados, resultando em ± 14,35 µV. Deve-se notar que essa abordagem é bastante conservadora, pois considera o pior caso de correlação entre as grandezas. Na prática, o mais comum seria realizar uma composição das incertezas pela raiz quadrada da soma dos quadrados, considerando que não existe correlação entre elas.
Esse valor de incerteza de medição em tensão deve ser convertido para temperatura, para assim encontrar a incerteza de medição da temperatura medida com o termopar. O primeiro passo é a conversão da temperatura de 40 ºC para tensão considerando a temperatura de referência como 0 ºC. Esse valor de tensão é de 1611,79 µV.
O cálculo da incerteza de medição é realizado somando e subtraindo a incerteza expandida calculada para o processo de medição de tensão. Após isso, o valor de tensão é convertido para temperatura para avaliar a incerteza em temperatura, conforme mostrado na figura 36.
Os valores de tensão e temperatura são mostrados na tabela 3. Conforme os valores mostrados, a incerteza expandida de medição é de ± 0,34 ºC sem considerar a incerteza de medição do termopar.
Ao combinar a incerteza de medição do termopar, ± 0,5 ºC com a incerteza de medição da cadeia de medição apresentada acima ± 0,34 °C, mostrado na equação (22), tem-se que a incerteza de medição de temperatura expandida considerando um intervalo de confiança de 95% é de ± 0,7 °C.
Esse valor de incerteza é quase a metade do valor encontrado considerando o método tradicional para medição de temperatura com uso de termopar, que é de ± 1,3 °C.
Com a incerteza de medição apresentada acima, o impacto no valor de capacidade de refrigeração é de 0,25%, metade do valor encontrado ao utilizar apenas o termopar para realizar a medição de temperatura
diretamente pelo Agilent 34970a.
Tabela 3 - Incerteza de medição de temperatura a 40 ºC.
Tensão [µV] Temperatura [ºC] Diferença em relação a 40 ºC
1626,14 40,34 0,34
1597,45 39,66 0,34
Fonte: Autor.
Figura 36 - Correlação entre tensão calculada e temperatura.
Fonte: Autor.
(24)
Apesar da vantagem em utilizar esse método devido à incerteza de medição, a proposta inicial de utilizar apenas um termopar será empregada devido à facilidade de utilização.
3.1.7 Medição da temperatura da carcaça do compressor