CONSTRUÇÃO E DESENVOLVIMENTO DE UM CALORÍMETRO DE BAIXO CUSTO PARA ATIVIDADES DIDÁTICAS

Isabelle Fernandes dos Santos; Andrea Valdman

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Trabalho

Título do Trabalho

CONSTRUÇÃO E DESENVOLVIMENTO DE UM CALORÍMETRO DE BAIXO CUSTO PARA ATIVIDADES DIDÁTICAS

Autores

Isabelle Fernandes dos Santos
Andrea Valdman

Modalidade

Resumo apresentação oral padrão

Área temática

Centro de Tecnologia (CT)/Engenharia Química

Data de Publicação

22/03/2021

País da Publicação

Brasil

Idioma da Publicação

Português

Página do Trabalho

https://www.even3.com.br/anais/jgmictac/315696-construcao-e-desenvolvimento-de-um-calorimetro-de-baixo-custo-para-atividades-didaticas

ISBN

978-65-5941-128-3

Palavras-Chave

Planta didática, Arduino, testes experimentais, calorimetria

Resumo

Em grande parte da graduação há uma abordagem muito teórica de conceitos fundamentais dentro da Engenharia Química, resultando na dificuldade de relacionar o assunto à realidade. A disponibilização de testes experimentais em paralelo ao ensino teórico possibilita um melhor entendimento e aprendizado do conteúdo, a partir da visualização de uma aplicação real. Neste trabalho, é desenvolvido um protótipo de um calorímetro de baixo custo atrelado à tecnologia Arduino. O calorímetro é construído através de um béquer isolado termicamente com isopor. Sua tampa é produzida com uma placa de isopor e possui entradas onde são inseridos os instrumentos do equipamento. Por meio da tecnologia Arduino, se realiza a captura de dados e a automação do processo. A placa Arduino é conectada a uma protoboard, onde são conectados três sensores, dois botões e um atuador. O código desenvolvido na plataforma Arduino IDE permite o controle do atuador a partir de lógicas temporais e dos botões, além da captura e envio em tempo real das de temperaturas providas pelos sensores para uma planilha eletrônica, através da plataforma PLX- DAQ© (Parallax). Na planilha eletrônica, é desenvolvido um algoritmo para cálculos de médias móveis e apresentação de gráficos das variáveis de processo ao longo do tempo. De modo a comprovar a eficiência do calorímetro construído, são feitas tréplicas de um teste experimental de calibração. Uma quantidade de água (250 mL) é aquecida no calorímetro durante 75 segundos. Em seguida, se adiciona uma quantidade de água fria (90 mL) no equipamento. Segundo o Princípio do Equilíbrio Térmico, ao colocar duas ou mais regiões de temperaturas distintas em contato, é observada a transferência de calor da região mais mais quente para a mais fria, até que as temperaturas se igualem. (HALLIDAY, 2012) Portanto, após a adição da água fria, espera-se que o equilíbrio seja atingido e, então, é medida a temperatura final do sistema. A partir do Princípio da Igualdade das Trocas de Calor, a soma das quantidades de calor envolvidas em um sistema isolado é nula. Logo, a partir das temperaturas iniciais da água quente e fria e a temperatura de equilíbrio da mistura, calculam-se as parcelas de calor envolvidas e a capacidade calorífica do calorímetro. A capacidade calorífica média obtida é de 41,85 cal/°C e o calor específico médio é de 0,16 cal/g°C. Observa-se que o protótipo construído consegue diminuir satisfatoriamente a perda de calor para o meio, caracterizando a eficiência do isolante para futuros testes experimentais. Além disso, os gráficos mostram que inicialmente, a temperatura se mantém constante (equilíbrio térmico inicial), aumentando gradativamente quando o aquecimento é ligado. Ao cessar a troca térmica, a temperatura do sistema se homogeiniza até atingir o equilíbrio. Com adição da água fria, a temperatura do calorímetro cai gradativamente até atingir o equilíbrio novamente. Através de materiais de baixo valor agregado e fácil acesso, o custo do equipamento é de R$ 55,00. A partir da tecnologia Arduino e o código desenvolvido, é possível realizar a instrumentação e automação do processo, levantando-se as medidas dos testes e controlando o funcionamento do ebulidor elétrico. Além disso, a utilização da planilha eletrônica permitiu a observação do comportamento da temperatura, facilitando a identificação de perturbações no sistema. O protótipo desenvolvido permite ainda a realização de testes experimentais para determinação da capacidade calorífica de uma esfera de metal e para a comprovação da Lei de Hess. Assim, tendo em vista o baixo custo, a facilidade de acesso e praticidade do protótipo construído, sua implementação em sala de aula e sua replicação para uma maior quantidade de docentes/disciplinas é facilitada. HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física. Livros Técnicos Científicos Editora S.A., 2012. v. 2, p. 183-205

Título do Evento: XLII Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural (JICTAC 2020 - Edição Especial) - Evento UFRJ
Título dos Anais do Evento: Anais da Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural
Nome da Editora: Even3
Meio de Divulgação: Meio Digital

Como citar

SANTOS, Isabelle Fernandes dos; VALDMAN, Andrea. CONSTRUÇÃO E DESENVOLVIMENTO DE UM CALORÍMETRO DE BAIXO CUSTO PARA ATIVIDADES DIDÁTICAS.. In: Anais da Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural. Anais...Rio de Janeiro(RJ) UFRJ, 2021. Disponível em: https//www.even3.com.br/anais/jgmictac/315696-CONSTRUCAO-E-DESENVOLVIMENTO-DE-UM-CALORIMETRO-DE-BAIXO-CUSTO-PARA-ATIVIDADES-DIDATICAS. Acesso em: 12/06/2025