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Eng. MecânicaMedição de temperatura

Professora: Adriellen Lima de SousaE-mail: adriellen.sousa@ifsc.edu.br

2019/02

Medição de temperatura

O que é temperatura?

O que é temperatura?

É uma grandeza que mensura a energia cinética média de cada grau de liberdade

de cada uma das partículas de um sistema em equilíbrio.

Meios transmissão temperatura

Medição de temperaturaFLUIDO AQUECIDO

VAPOR

PROCESSO INDUSTRIAL

FLUIDO A SERAQUECIDO

CONDENSADO

Variável Controlada: TemperaturaMeio Controlado: FluidoVariável Manipulada: VazãoAgente de Controle: Vapor

Medição de temperatura

LIQUIDO ENTRANDO

MISTURADORLIQUIDOSAINDO

VAPOR

VALVULA

CONTROLADORSP

SENSOR DETEMPERATURA

SINAL DE TEMPERATURA PARA O CONTROLADOR

ABERTA:

FECHADA:

Sistema sem realimentação (ou Feedback )

Sistema com realimentação "

Medição de temperatura

● Escalas de temperatura:

ºCelsius ºFahrenheit Kelvin

Medição de temperatura

Termômetro à dilatação de líquidos

Termômetro à dilatação de líquidos

Termômetro à dilatação de líquidos

● É constituído de um reservatório, preenchido por um líquido. Os líquidos mais usados são: mercúrio, tolueno, álcool e acetona.

Termômetro à dilatação de líquidos - industrial

Medição de temperatura

Medição de temperatura

Medição de temperatura

Termômetros à dilatação de sólidos

● Baseia-se no fenômeno da dilatação linear dos metais com a temperatura.

Termômetros à dilatação de sólidos

● Faixa de Trabalho: 50 ~ + 500ºC com precisão de 1%

Par bimetálico

● Os termômetros bimetálicos são muito usados na construção dos chamados ‘termostatos’ que são dispositivos que ligam ou desligam um circuito elétrico em função da temperatura.

● Estes ‘termostatos’ são bastante usados no controle de temperatura de painéis e na proteção de motores.

Termostatos

Termômetros à pressão de gás

● Os termômetros à pressão de gás baseiam-se na lei de Charles e Gay-Lussac que diz:

“A pressão de um gás é proporcional à temperatura, se for mantido constante o volume do gás”.

● Como gás de enchimento, utilizam-se normalmente Nitrogênio, Hélio, Neônio ou Dióxido de Carbono (CO2). Porém, por ser inerte e mais barato, o Nitrogênio é o gás mais utilizado.

Termômetros à pressão de gás

Termômetros à pressão de gás

Termômetros à pressão de gás

Medição por resistência Termorresistências

● São chamados de RTD’s (Resistance Temperature Detectors) Os sensores de resistência baseiam-se no princípio de variação da resistência em função da variação da temperatura;

● Bulbos de resistência.● São formados por um fio (platina, níquel, cobre) disposto

sobre um suporte isolante de vidro ou cerâmica e encapsulado com os mesmos materiais.

● Posteriormente o sensor é acondicionado em tubos de proteção.

Medição por resistência

● São comumente chamados de bulbo de resistência e por suas condições de alta estabilidade e repetibilidade, baixa contaminação, menor influência de ruídos e altíssima precisão, são muito usados nos processos industriais.

Medição por resistência

Termorresistência (RTD)

● A termorresistência de platina é a mais usada industrialmente devido a sua grande estabilidade e precisão.

● As RTD mais comuns são: Pt50, Pt100, Pt1000.● Por que Pt100? É a termorresistência que a zero

graus celsius possui uma resistência elétrica de 100 ohms.

Termorresistência (RTD)

Termorresistência (RTD)

Termorresistência: bloco de ligação

Termorresistência: PT 100

Termorresistência: PT 100

Termorresistência: conectada ao transmissor

Termorresistência: conectada ao transmissor

Recomendações no uso de RTD’s

• Deve-se especificar materiais da proteção e ligações capazes de operar na temperatura de operação requerida.

• O sensor deve ser imerso completamente no processo, para se evitar a perda de calor por condução pelos fios e bainha. Para tal, um comprimento mínimo de imersão e o uso de materiais de proteção com boa condutibilidade térmica também são recomendados.

• Deve-se utilizar fios de cobre de mesmo comprimento e diâmetro para a interligação da termorresistência.

• Em locais sujeitos a ruídos internos, recomenda-se o uso dos cabos blindados e torcidos.

• Em locais sujeitos a vibração, deve-se utilizar sensor com isolação mineral.

Termorresistência: vantagens

Vantagens• Possuem maior precisão dentro da faixa de utilização do que outros tipos de sensores.• Tem boas características de estabilidade e repetibilidade.

• Com ligação adequada, não existe limitação para distância de operação.

• Dispensa o uso de fios e cabos especiais, sendo necessário somente fios de cobre comuns.

• Se adequadamente protegido (poços e tubos de proteção), permite a utilização em qualquer ambiente.

• Curva de Resistência x Temperatura mais linear.

• Menos influência por ruídos elétricos.

Termorresistência: desvantagens

Desvantagens

• São mais caros do que os outros sensores utilizados nestamesma faixa.

• Baixo alcance de medição (máx. 850ºC).

• Deterioram-se com mais facilidade, caso ultrapasse a temperatura máxima de utilização.

• É necessário que todo o corpo do bulbo esteja com a temperatura estabilizada para a correta indicação.

• Possui um tempo de resposta elevado.

Termistores

Os termistores se caracterizam por possuir grande variação da resistência elétrica em função da temperatura (faixas de -100ºC a 300ºC).

Embora empreguem materiais semicondutores, os termistores não possuem junções P-N e por isso não possuem polaridade.

Existem dois tipos de termistores: os NTC (Negative Thermal Coefficient), cuja resistência decresce com o aumento da temperatura e os PTC (Positive Thermal Coefficient), no qual a resistência aumenta com a temperatura.

Possuem grande sensibilidade a variação de temperatura, porém sua curva é não linear, o que limita sua aplicação a faixas estreitas de temperatura.

Termistores

Os termistores são especificados através de sua resistência na temperatura de 25°C.

Termistores

Os termistores podem ser de baixa precisão (5 a 10%), empregados em medições grosseiras e na proteção térmica (alarme de temperatura em veículos, proteção de motores, etc.).

Existem também os termistores de precisão (até 0,05 o C), aplicados em laboratórios e como sensores auxiliares de compensação de temperatura em instrumentos.

Termopar

● Um termopar consiste em dois condutores metálicos, de natureza distinta, na forma de metais puros ou de ligas homogêneas. Os fios são soldados em um extremo, ao qual se dá o nome de junta quente ou junta de medição.

● A outra extremidade dos fios é levada ao instrumento de medição de FEM (força eletromotriz), fechando um circuito elétrico por onde flui a corrente.

● O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam ao instrumento de medição é chamado de junta fria ou de referência.

Efeito Seeback

● Em um circuito fechado, formado por dois condutores diferentes A e B, ocorre uma circulação de corrente enquanto existir uma diferença de temperatura entre as suas junções.

Efeito Peltier

● Dado um par termoelétrico com ambas as junções à mesma temperatura, se, mediante uma bateria exterior, produz-se uma corrente no termopar, as temperaturas das junções variam.

Termopar

Termopar

Termopar

Termopar

Termopar

Termopar

Tipo de Termopares

● Podemos dividir os termopares em três grupos, a

saber:– Termopares Básicos– Termopares Nobres– Termopares Especiais

Termopares Básicos

● São assim chamados os termopares de maior uso industrial, em que os fios são de custo relativamente baixo e sua aplicação admite um limite de erro maior.

● Exemplo: Tipo K, Tipo J, Tipo E.

Termopares nobres

● São aqueles que os pares são constituídos de Platina. Apresentam uma altíssima exatidão, dada a homogeneidade e pureza dos fios dos termopares.

● Exemplo: Tipo S, Tipo R, Tipo B.

Termopares especiais

● Novos tipos de termopares foram desenvolvidos para atender as condições de processo onde os termopares básicos e nobres não podem ser utilizados.

● Exemplo:● Tungstênio – Rhênio – Esses termopares podem ser usados continuamente até 2300 °C e por curto

período até 2750 °C.● Irídio 4 0 % - Rhodio / Irídio

– Esses termopares podem ser utilizados por períodos limitados até 2000 °C.● Ouro - Ferro / Chromel

– Esses termopares são desenvolvidos para trabalhar em temperaturas criogênicas.

Tipo de Termopares

Termopares

● Consiste de dois condutores metálicos, de natureza distinta, na forma de metais puros ou ligas homogêneas.

●

Termopar

● Cálculo da fem gerada no termopar

Termopares

● “O termopar mede realmente a diferença entre as temperaturas das junções”.

● A medição está errada, pois a temperatura que o termopar mede é, na verdade 50°C.

Termopares

● Os erros ocorrem porque as tabelas existentes para as f.e.m. geradas pelos termopares, foram geradas com a junta de referência à 0ºC.

● Como normalmente a temperatura no receptor do equipamento é diferente de 0 °C é necessário que se faça uma correção da junta de referência, podendo esta ser automática ou manual.

Termopares – opção 1: Junta de referência a 0ºC

Termopares – opção 2: Junção de referência em temperaturas controladas (caixas termostatizadas):

● Nesse método, a junção de referência é mantida a uma temperatura constante, normalmente 50 o C, por meio de aquecimento resistivo controlado.

● Foi um método muito utilizado na indústria, face a facilidade de uso quando comparado ao método de referência a 0 o C.

● Neste caso, o instrumento receptor deve acrescentar o valor em milivolt correspondente à temperatura do forno de referência.

Termopares – opção 3: Junção de referência com compensação automática (junção eletrônica):

● É o método mais utilizado atualmente para o referenciar a junta fria dos termopares, sendo utilizado na grande maioria dos transmissores de temperatura.

● A temperatura da junção de referência é medida por sensores apropriados (termorresistências, termistores, componentes especiais, etc.) e compensada automaticamente através de um circuito eletrônico.