Universidade de BrasíliaFaculdade de TecnologiaDepartamento de Engenharia Mecânica

TermoparesPrincípios e Aplicações- Princípios e Aplicações -

Mestrado em Ciências Mecânicas – 364517 Métodos Experimentais em Ciências Mecânicas Armando Caldeira Pires

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Princípios - I Óptica

M diTomografia

Medir Temperatura

Eléctrica

LaserTermopares

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p

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P i í i IIPrincípios - IIO que é um termopar?O que é um termopar?

Ef it d S b k (P i í i Fí i )Efeito de Seebeck (Princípio Físico)

Metal A

T1 T2T2 ≠ T1

i

Metal B

T2 ≠ T1

i

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P i í i IIIPrincípios - IIIComo se mede a temperatura?

Princípio de Funcionamento

V2 = V3Metal A

V2 V2 V3|V1-V3| = f(T)

VV1

Metal B

V3E=(Tj-Tr)

E - Força Electromotriz (mV)

C fi i t d S b k ( V/K)Mestrado em Ciências Mecânicas – 364517 Métodos Experimentais em Ciências Mecânicas Armando Caldeira Pires

- Coeficiente de Seebeck (mV/K)

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Princípios IVPrincípios - IV

Como se classificam os termopares?

Tipo de Material

Tipo de Revestimento

Tipo de Junção

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Princípios VTermopares C Características Genéricas

Princípios - V Tipo de material

Termopares C Características Genéricas

Cromel/AlumelNiCr/NiAl Tipo K -200 a 1270

Atmosferas oxidantes e inertes.Limitações em vácuo e em atmosferasredutoras.

Ferro/ConstantanFe/CuNi Tipo J 0 a 750

Atmosferas redutoras, inertes e em vácuo.Limitações em atmosferas oxidantes aelevadas temperaturas.

Cromel/Constantan Atmosferas oxidantes ou inertesCromel/ConstantanNiCr/CuNi Tipo E - 200 a 900

Atmosferas oxidantes ou inertes.Limitações em atmosferas redutoras.

Cobre/ConstantanCu/CuNi Tipo T - 200 a 350

Atmosferas humidas.Limitações em atmosferas oxidantes.

Platina 10% Ródio/PlatinaPt10%Rh/Pt Tipo S 0 a 1450

Atmosferas oxidantes ou inertesSensível a contaminações

Platina 13% Ródio/Platina Atmosferas oxidantes ou inertesPt13%Rh/Pt Tipo R 0 a 1450 Sensível a contaminações

Platina 30% Ródio/Platina6% Ródio Tipo B 0 a 1820

Atmosferas oxidantes ou inertesSensível a contaminaçõesMuito utilizado na industria Vidro

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Muito utilizado na industria Vidro.

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Princípios VIPrincípios - VIRevestimento

Ferrosos

Metálicos

Não Ferrosos

Cerâmicos

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A li õAplicações

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A li õAplicações

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Princípios VIITipo de Junção

Princípios - VIITipo de Junção

Exposta

Ligada à Terra

Isolada

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AplicaçõesAplicações

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A li õAplicações

-50 ºC

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Princípios VIIIPrincípios - VIII

Critérios de Selecção

Gama de Temperatura

Características do Meio

Tempo de Resposta

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Resolução Temporal dasResolução Temporal das Medidas de Temperaturap

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Limitações IQuais as fontes de erro nas medições?

Limitações-IQuais as fontes de erro nas medições?

? • Perturbações induzidas pela sonda

?

?

• Efeitos catalíticos

• Efeitos de transferência de calor

? • Pirómetros de sucção

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Limitações IQuais as fontes de erro nas medições?

Limitações-I

• Perturbações induzidas pela sonda?

??

?

?

Natureza AerodinâmicaNatureza?AerodinâmicaNatureza

TérmicaNatureza Química

G t iGeometria inadequadaSonda

como poço de calor

Reacções na

superfície

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de calorsuperfície

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Limitações IQuais as fontes de erro nas medições?

Limitações-IQuais as fontes de erro nas medições?

?

Efeitos catalíticos?

? Apesar da elevada resistência à oxidação,quando expostos a atmosferas redutoras

?quando expostos a atmosferas redutoras,

podem actuam como agentes catalíticos,recombinando radicais dando origem a errosrecombinando radicais dando origem a erros.

Solução?

Minimizar o aquecimento catalítico revestindo os fios com um

d d t i l ã t líti

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adequado material não-catalítico

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Limitações IQuais as fontes de erro nas medições?

Limitações-I

?

?

Efeitos de transferência de calor?

? A magnitude

Condução

?

Radiação

Quando?

Sempre que existe um

gdo erro, de onde vem?

Tamanho do glóbulo Q l it d Radiação existe um

gradiente de temperatura

gda junção?

Comprimento do fio?

Qual a magnitude destes erros?

Exemplo: um termopar com p p300 mm de diâmetro pode

ter um erro de 250ºC quando a temperatura do

á é d 1400ºC

Donde vem?

Combustão: temperatura de

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gás é de 1400ºC temperatura de chama

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Limitações IQuais as fontes de erro nas medições?

Limitações-I

?

? Usam-se para

Pi ó t d ã

?

?

?

Quando se usa? proteger o termopar do

meio ambiente

• Pirómetros de sucção?

O que pode i fl i

De que é feito um pirómetro de sucção?

influenciar as medidas?Geometria da sonda

Posição do termopar dentro do pirómetrodentro do pirómetro

Geometria do invólucro

Magnitude da

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Magnitude da velocidade de sucção + IMPORTANTE

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Limitações IICompensação da inércia térmica do termopar

Limitações-IICompensação da inércia térmica do termopar

Desprezando:• Perda por Condução;

P d R di ã• Perdas por Radiação;• Actividade catalítica na superfície...

A compensação é feita segundo a equação:A compensação é feita segundo a equação:

dTTT W

dtTT WG

onde é a constante de tempo característica do termopar.

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Limitações IIIDeterminação da constante de tempo do termopar

Limitações-IIIDeterminação da constante de tempo do termopar

A equação que traduz o valor da constante de tempo é:

Nuk4

dC

Ah

VC 2pp

que depende de h e Nu locais e das características geométricas e térmicas do fio.

Métodos de avaliar e a sua precisão:étodos de a a a e a sua p ec são• Método 1/e;• Método Plateau.

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Limitações IVMétodo 1/e

Limitações-IVMétodo 1/e

A constante de tempoconstante de tempo é tomada como o tempo que p qleva ao decaimento da temperatura a 1/e do seu valor inicial.

Mét d “Pl t ”Método “Plateau”

A constante de tempo é obtida pela evolução da suaobtida pela evolução da sua resolução temporal ao longo do decaimento.

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Limitações VImprecisões na medição da constante de tempo

Limitações-VImprecisões na medição da constante de tempo

• Estimativa do nível do patamar no método Plateau;• Degradação do termopar ao longo do tempo com g ç p g pcontaminação de partículas;• Erros associados à dependência de da velocidade e temperatura.

Em que situações podem então ser aplicados termopares?

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TTermopares

- Aplicações Gerais e Industriais -

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A li õ ITUBAGENS

Aplicações-I

Tipos J, K e E - 900ºFTipo T - 700ºF

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A li õ IIAplicações-II

Termopares usados em pequenas cavidades.

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A li õ IIITermopares p/ Infravermelhos I

Aplicações-III

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A li õ IVTermopares p/ Infravermelhos II

Aplicações-IV

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A li õ VAplicações-V

Termopares de superfície I

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A li õ VITermopares de superfície II

Aplicações- VI Termopares de superfície II

Ângulo de 90ºÂngulo de 90

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Uso eléctrico até 250ºC

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A li õ VIITermopares de

Aplicações-VII Termopares de superfície III

Medem até 480ºC

Medem até 250ºCMedem até 250ºCEx: paredes,

moldes

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A li õ VIITermopares de superfície IV

Aplicações-VII

Ex: superfícies vibratórias, chapas de açoA medição é feita com tempos curtos

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A medição é feita com tempos curtos.

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A li õ IXTermopares de superfície V

Aplicações- IX

Ex: superfícies móveis, pneusA medição é feita com

movimento.movimento.

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A li õ XFácil utilização e mobilidade

Termopares de superfície VI Aplicações- X

Fácil utilização e mobilidade

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A li õ XIAplicações- XI

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Aplicações-XII

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A li õ XIIIAplicações- XIII

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A li õ XVIAplicações- XVI

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A li õ XVIIAplicações Gerais

Aplicações- XVIIp ç

Uso Veterinário

Mini Hipodérmicos

Eletrônica

Aplicações Industriais

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A li õ XVIIIAplicações- XVIII

A seleção dos termopares em diferentes países implica umdiferentes países implica um diferente código de cores.

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Efeito TermoelétricoEfeito Termoelétrico

Aplicações- XX

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