O conhecimento de propriedades termofísicas de líquidos, alimentos e cosméticos é muito utilizado no desenvolvimento de equipamentos de refrigeração e armazenamento. Medidas de calor específico à pressão constante fornecem importantes informações sobre o comportamento de troca térmica destes materiais. A calorimetria de modulação alternada (CMAC) é uma técnica utilizada para medidas de calor específico de alta resolução. Pode ser usada para estudar o comportamento do calor específico em transições de fase muito estreitas, que ocorrem em intervalos menores que 1ºC. Podemos com a CMAC determinar variações de C_p extremamente pequenas e operar com amostras da ordem de miligramas. Entretanto sua montagem é de alto custo e exige grande experiência em sistema de controle de processos. Sistemas de medida dinâmicos e produtivos somente são atingidos quando se consegue uma total automação do processo. Temos grande demanda no setor industrial por novas técnicas e novos equipamentos, sensíveis, não-destrutivos, de baixo custo, nacionais e de fácil operação. Neste contexto, alguns setores buscam por equipamentos para medidas de calor específico que sejam versáteis, de fácil transporte e capazes de operam em ambiente “chão de fábrica”. Tivemos o objetivo neste trabalho de construir um calorímetro ac para o estudo de transições de fase em cosméticos e alimentos.

O método da calorimetria ac consiste em induzir uma pequena oscilação na temperatura da amostra através de uma fonte de calor oscilante, que está sobre um substrato e acoplada termicamente a um reservatório térmico de temperatura To. A medida do calor específico é extraída através de duas varreduras: uma com o substrato vazio e outra com substrato mais amostra. Desde que o aparato experimental obedeça as aproximações do método, a diferença entre a amplitude do sinal senoidal das duas medidas é proporcional ao C_p, através da equação ΔT_ac= Q₀/(2ωC_p), com Q₀ sendo o calor depositado no sistema. Nossos objetivos foram: primeiro, construir  uma célula para a calorimetria ac, onde se situam os sensores, elementos aquecedores, o substrato e a amostra. Segundo, criar um programa para a automação do experimento que coordene o funcionamento deste e ao mesmo tempo colete os dados obtidos, gerando uma representação gráfica destes e também os gravando no disco rígido, para posterior análise. Por último, propusemo-nos a montar um equipamento protótipo, o qual unisse todas as partes necessárias em algo ágil e facilmente transportável.

Desenvolvemos um substrato com características de bom condutor térmico e isolante elétrico. Um filme resistivo depositado no substrato funciona como elemento aquecedor, gerando uma pequena variação na temperatura da amostra (ordem de mK), através da fonte de calor senoidal. Construímos uma célula calorimétrica, que sustenta o substrato, os sensores e possui elementos aquecedores inseridos em seu corpo. A função dos elementos aquecedores é permitir que se possa trabalhar em uma faixa de temperatura muito ampla. Uma placa controladora realiza todo o processo de controle e aquisição, caracterizando a automação das medidas. Um software desenvolvido para a plataforma Windows, em linguagem orientada a objeto  faz a interface homem-máquina. Através da porta RS232 do computador ao qual no programa está instalado, o software comunica-se com o controlador de temperatura, passando os parâmetros e configurações, recebendo os dados obtidos e apresentando na forma de gráfico. Assim, o usuário acompanha a medida em tempo real. Isto dinamiza o experimento, pois ao notar qualquer anormalidade o usuário pode concentrar suas medidas naquele ponto (temperatura) ou então abortar o experimento.

Construímos uma célula calorimétrica de baixo custo para trabalhar desde  10ºC até 100ºC, temperatura suficiente para a análise dos sólidos e líquidos propostos. Notamos que o aumento de temperatura ΔT_ac é inversamente proporcional ao calor específico da amostra. Isto se confirma se observarmos que a maior variação de temperatura no substrato acontecia quando o mesmo estava vazio. Ao colocarmos uma substância o ΔT_ac diminuía pois a capacidade térmica da junção substrato+amostra aumentava. Quanto maior a capacidade térmica da amostra conseqüentemente era a da junção. Logo com uma quantidade de calor depositada sempre igual, a variação de temperatura só poderia ser menor.  Medidas com boa relação sinal ruído indicam a viabilidade dos circuitos de aquisição usados  no protótipo. Mesmo trabalhando com um ΔT_ac muito baixo, o calorímetro mostrou-se bastante estável e com uma pequena variação em suas medidas. O programa de aquisição, controle e ajuste dos dados experimentais consegue operar com a célula calorimétrica tanto no método de calorimetria ac quanto no método de relaxação térmica. Trabalhos desta relevância são importantes por proporcionar grande experiência na construção e desenvolvimento de protótipos aplicados e não somente acadêmicos. Acreditamos que com isso, contribuimos com o setor de instrumentação e metrologia térmica de alta resolução, que carece de inovações nacionais.