Exemplos de Calorímetros: Tipos, Modos de Medição e Aplicações

Os calorímetros são equipamentos utilizados para medir a quantidade de calor envolvida em diferentes processos físicos e químicos. A calorimetria está presente em aplicações que vão desde pesquisas e atividades de ensino até análises realizadas em laboratórios industriais.

Existem diferentes tipos de calorímetros, que podem ser classificados de acordo com o princípio de medição, o modo de operação, a construção do equipamento e a aplicação.

Entre os equipamentos utilizados para determinar o valor calorífico de amostras líquidas e sólidas, destacam-se os calorímetros de bomba de oxigênio, também conhecidos como bombas calorimétricas. A IKA possui uma linha de calorímetros desenvolvida para diferentes necessidades de laboratório, com opções que variam em nível de automação, método de medição e volume de análises.

Neste artigo, você conhecerá os principais tipos de calorímetros, seus modos de medição, como funcionam e alguns exemplos da linha de calorímetros IKA.

▶︎ O que é um calorímetro?

O calorímetro é um equipamento desenvolvido para determinar a quantidade de energia térmica envolvida em um processo.

De maneira simplificada, o equipamento permite observar a variação de temperatura provocada pela liberação ou absorção de calor. A partir dessa variação e das características conhecidas do sistema de medição, é possível determinar a quantidade de energia envolvida no processo analisado.

O princípio utilizado depende do tipo de calorímetro. Por isso, diferentes equipamentos podem ser utilizados para diferentes aplicações.

▶︎ Como os calorímetros podem ser classificados?

Os calorímetros podem ser classificados segundo diferentes critérios. Entre os principais estão:

• Princípio de medição: como o calor é detectado e quantificado;
• Modo de operação: como a temperatura do sistema é controlada durante a medição;
• Tipo de construção: características da célula ou do sistema de medição;
• Aplicação: finalidade para a qual o equipamento será utilizado.

No entanto, essas classificações não são necessariamente independentes. Um mesmo equipamento pode, por exemplo, ser classificado pelo seu princípio de medição e também pelo modo de operação utilizado.

Critérios Secundários

Além disso, existem critérios secundários baseados em aplicações específicas ou estruturas técnicas, que detalham ainda mais as classificações.

▶︎ Princípios de medição em calorimetria

De forma geral, os sistemas calorimétricos podem trabalhar com diferentes formas de avaliação da energia térmica.

Acúmulo de calor

Nesse princípio, o calor liberado pela amostra provoca uma elevação da temperatura do sistema. O equipamento mede essa variação para determinar a quantidade de energia liberada.

Os calorímetros de combustão, ou bombas calorimétricas, são exemplos importantes desse princípio.

Na determinação do valor calorífico, uma amostra é submetida à combustão em uma atmosfera de oxigênio dentro de um recipiente de decomposição. O calor liberado durante a combustão provoca uma variação de temperatura que é utilizada para calcular o valor calorífico da amostra.

Compensação de calor

Nesse tipo de sistema, o calor gerado ou absorvido é compensado por uma fonte de energia de forma que seja possível determinar a quantidade de energia envolvida no processo.

Fluxo de calor

Nos sistemas baseados em fluxo de calor, a transferência de energia térmica entre a amostra e o ambiente ou entre a amostra e uma referência é utilizada para determinar as características térmicas do material.

Um exemplo conhecido é o DSC (Calorimetria Diferencial de Varredura), utilizado para estudar eventos térmicos em materiais.

▶︎ Modos de medição dos calorímetros

Outra forma de classificar os calorímetros está relacionada ao modo como a temperatura é controlada durante a análise.

Calorimetria isoperibólica

No método isoperibólico, a temperatura do ambiente que envolve o sistema de medição é mantida em uma condição controlada, enquanto a temperatura do sistema de medição é monitorada durante o processo.

Os calorímetros de bomba de oxigênio IKA podem realizar medições pelo método isoperibólico. O C 200, por exemplo, oferece esse modo de medição, assim como o C 6000 isoperibol.

Calorimetria adiabática

No método adiabático, busca-se minimizar a troca de calor entre o sistema de medição e o ambiente. Dessa forma, a energia liberada pela combustão é determinada a partir do comportamento térmico do próprio sistema.

O IKA C 6000 global standards permite realizar medições pelo método adiabático, além dos métodos isoperibólico e dinâmico.

Método dinâmico

Na medição dinâmica, o comportamento da temperatura é acompanhado durante um período definido, permitindo reduzir o tempo necessário para determinadas análises.

O C 200 possui modo de medição dinâmico, com tempo aproximado de 8 minutos. Já o C 6000 oferece também um modo dinâmico para determinação do valor calorífico.

Método controlado por tempo

Alguns equipamentos também permitem realizar a medição utilizando um período de tempo previamente definido. No C 200, por exemplo, existe o modo controlado por tempo, com medição de aproximadamente 14 minutos.

▶︎ Tipos de Construção

Atualmente, os calorímetros se apresentam com dois tipos estruturais:

• Célula simples – uma única câmara mede a energia da reação.

• Célula dupla (diferencial) – compara simultaneamente a amostra com uma referência.

▶︎ Exemplos de Calorímetros por Tipo de Medição

Agora, veja os principais exemplos de calorímetros aplicados de acordo com o princípio de medição.

Calorímetros de Compensação de Calor

Nessa categoria, a compensação térmica ocorre de forma passiva ou ativa. Ou seja, utiliza-se mudança de fase (como gelo) ou controle eletrônico para equilibrar a energia. Veja os exemplos:

• Calorímetro de gelo

  • Compensação: passiva

  • Modo: isotérmico

  • Construção: célula simples

• Calorímetro de varredura adiabática

  • Compensação: ativa

  • Modo: varredura adiabática

  • Construção: célula simples

• DSC com compensação de potência

  • Compensação: ativa

  • Modo: varredura isoperibólica

  • Construção: célula dupla

Calorímetros de Acúmulo de Calor

Nesse caso, o sistema não compensa o calor gerado, que se acumula naturalmente. Dessa forma, observa-se uma elevação de temperatura. Entre os principais exemplos, destacam-se:

• Calorímetro de gota

  • Modo: isoperibólico

  • Construção: célula simples

• Calorímetro de combustão (bomba calorimétrica)

  • Modos: adiabático ou isoperibólico

  • Construção: célula simples

• Calorímetro de fluxo

  • Modo: contínuo

  • Construção: célula simples

• Calorímetros de Fluxo de Calor

Nesse tipo de medição, ocorre uma troca de calor contínua entre a amostra e suas vizinhanças. Do mesmo modo, a diferença de temperatura fornece os dados necessários para o cálculo de energia. Por exemplo, um caso clássico é:

• DSC de fluxo de calor (heat flux DSC)

  • Princípio: fluxo de calor

• Modo: varredura de vizinhanças

▶︎ Onde os calorímetros são utilizados?

A escolha do calorímetro depende principalmente do tipo de análise que o laboratório precisa realizar.

Os calorímetros de combustão atendem a diversas aplicações, como:

• Determinação do valor calorífico de combustíveis;
• Análise de biomassa;
• Avaliação de carvão e materiais sólidos combustíveis;
• Análise de resíduos;
• Pesquisa e desenvolvimento;
• Controle de qualidade;
• Laboratórios industriais;
• Ensino e treinamento.

Os calorímetros IKA determinam o valor calorífico de amostras líquidas e sólidas e oferecem diferentes níveis de automação para atender às necessidades de cada laboratório.

▶︎ Como escolher um calorímetro?

A escolha do equipamento deve considerar principalmente:

Tipo de amostra: líquida, sólida, combustível ou com presença de halogênios e enxofre.

Volume de análises: considere a quantidade de amostras que o laboratório analisa em sua rotina para escolher um equipamento compatível com a demanda.

Método de medição: isoperibólico, adiabático, dinâmico ou outro método adequado à aplicação.

Nível de automação: desde operações com maior participação do usuário até sistemas com automação de etapas como preenchimento de água e oxigênio, identificação de recipientes e gerenciamento de dados.

Normas e métodos aplicáveis: verifique quais normas e métodos o laboratório precisa atender antes de escolher o equipamento.

A linha de calorímetros IKA oferece diferentes configurações para atender essas necessidades, incluindo os modelos C 200, C 200 auto, C 200 h, C 200 h auto, C 1 e C 6000, além de seus respectivos acessórios e configurações.

Precisa de ajuda para escolher um calorímetro?

A Biovera trabalha com soluções IKA para calorimetria e pode auxiliar na identificação do equipamento e da configuração mais adequada para sua aplicação.

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