instrumentaçãotemperatura - termopar

7/31/2019 InstrumentaoTemperatura - termopar

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Temperatura


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Conceitos

Temperatura: Grandeza fsica que mede o estado de agitaodas partculas de um corpo, caracterizando o seu estadotrmico.

Energia Trmica: a somatria das energias cinticas dosseus tomos, e alm de depender da temperatura, dependetambm da massa e do tipo de substncia.

Calor: a energia que transferida entre um sistema e seuambiente, devido a uma diferena de temperatura que existementre eles.

Termometria: Medio de Temperatura, o termo maisabrangente que inclui tanto a pirometria como a criometria.

Pirometria: Medio de altas temperaturas, na faixa que osefeitos de radiao trmica passam a se manifestar.

Criometria: Medio de baixas temperaturas, ou seja, aquelasprximas ao zero absoluto de temperatura.


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Formas de Transferncia de Calor

Conduo (slidos): Transferncia de calor por contatofsico.

Conveco (lquidos e gases): Transmisso ou

transferncia de calor de um lugar para outro atravs deum deslocamento de material.

Radiao (sem contato fsico): Emisso contnua deenergia de uma corpo para outro, atravs do vcuo oudo ar.

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A escala Celsius, que divide a medio de temperatura em100 partes iguais, denominadas graus Celsius de usouniversal, e a Fahrenheit, que dividida em 180 partes iguaisdenominados graus Fahrenheit, usada em muitos paises de

lngua inglesa. Tanto Celsius como Fahrenheit, so escalasrelativas.

O fsico irlands William Thomson (Lorde Kelvin) chegou concluso de que, se a temperatura mede a agitao das

molculas, ento a menor temperatura possvel aconteceriaquando as molculas estivessem em repouso absoluto. Aesse estado de repouso trmico chamamos zero absoluto.Baseado no conceito de temperatura, ele criou a EscalaAbsoluta, conhecida como Escala Kelvin.

Escalas Relativas e Absolutas

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Escalas Relativas e AbsolutasTem pe r a t u r a


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Termmetro de Dilatao Volumtrica

Dilatao volumtrica de umlquido dentro de um recipientefechado, com o aumento datemperatura.

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Termmetro de Dilatao Volumtrica

Termmetro de Vidro de Mercrio amplamente usado em

laboratrios, oficinas e quando protegidos na rea

industrial.

Termmetro Metlico de Mercrio bastante usado

em reas industriais como indicador local.


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Temperat uraTermmetro de expanso


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Temperat uraTermmetro Capela

Proteo de alumnio anodizado ehaste de lato de 25 a 1000 mm,

rosca opcional, capilar redondo brancoou amarelo, conforme norma DIN.


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Termmetro de Expanso de Gs

A alterao da temperatura varia apresso do gs conforme a Lei dosgases perfeitos (Gay-Lussac), sendo ovolume constante.

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Bulbo

Capilar

Elemento de Medio

O elemento de mediopode ser do tipo Bourdon,Espiral ou Helicoidal.


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Aplicao: Paraprocessos qumicos e petroqumicos,alimentcios, papel e celulose.

Termmetro de Expanso de Gs

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Tipos de Gs de Enchimento:-Hlio (He);

-Hidrognio (H2);-Nitrognio (N2) (Faixa: -100 a 600C);-Dixido de Carbono (CO2).Material de Construo do bulbo e capilar:

-Ao, Ao inox, Cobre, Lato e Monel.Material de Construo do Elemento de Medio:Cobre-Berlio, bronze fosforoso, ao e ao inox.


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Termmetro Bimetlico


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Temperat uraTermopares (thermocouples)

Teoria TermoeltricaO fenmeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 porT. J. Seebeck, quando ele notou que em um circuito fechadoformado por dois condutores metlicos e distintos A e B,quando submetidos a um diferencial de temperatura entre assuas junes, ocorre uma circulao de corrente eltrica ( i ).

A existncia de uma fora eletro-motriz (F.E.M.)EAB no circuito conhecida como Efeito Seebeck, e este se produz pelo fato deque a densidade de eltrons livres num metal, difere de umcondutor para outro e depende da temperatura.

Quando este circuito interrompido, a tenso do circuitoaberto (Tenso de Seebeck ) torna-se uma funo dastemperaturas das junes e da composio dos dois metais.

Denominamos a juno na qual est submetida temperaturaa ser medida de Juno de Medio (ou junta quente) e aoutra extremidade que vais se ligar no instrumento medidor dejuno de referncia (ou junta fria).


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Temperat uraTermopares (thermocouples)

O elemento termopar consiste em dois fios de diferentes ligasmetlicas, emendados juntos num ponto onde ser medida atemperatura. Esta juno gera uma pequena tenso quandoaquecida. Esta tenso em funo da temperatura da juno.

A relao entre a temperatura da juno e a tenso de sadavaria para diferentes tipos de termopares.

No instrumento de medio, a tenso do termopar na junta dereferncia depende do material do fio do termopar a dadiferena de temperatura entre a juno sensora e a junode referncia.

A temperatura da juno de referncia deve ser mantidaconstante. Se isto no for possvel, a conexo do termopar aoinstrumento de medio deve ser feita usando um cabo decompensao . Por este mtodo, o sinal de sada do termoparpode ser transmitido, para temperatura acima de 200C , semperda significantes de preciso.


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Temperat uraNBR 12771- Tabela de referncia de Termopares

Objetivo: Esta norma estabelece as tabelas de referncia usadas na converso defora eletromotriz trmica gerada pelo termopar em funo da temperatura .

Tipos de Termopares:

Termopar tipo R (0 a 1600C): Composto de platina pura(-) e uma liga de platina(+) contendo um teor

de rdio o mais prximo possvel de 13% em peso.Termopar tipo S (0 a 1600C):: Compostos de platina pura(-) e uma liga de platina(+) contendo umteor de rdio o mais prximo possvel de 10% em peso

Termopar tipo B (600 a 1700C):: Feito de ligas cujas composies nominais em peso so platina -30% rdio(+) e platina - 6% rdio(-).

Termopar tipo J (-40 a 750C):: Compostos de ferro comercialmente puro(+) e uma liga de nquel(-)contendo 45% a 60% de cobre em peso, conhecida com constantan.

Termopar tipo T(-200 a 350C): : Compostos de cobre comercialmente puro(+) e uma liga de nquel(-) contendo 45% a 60% de cobre em peso.

Termopar tipo E (-200 a 900C): : Compostos de ligas comerciais do tipo nquel-cromo(+) e nquel-cobre(-).

Termopar tipo K (-200 a 1200C):: Compostos de ligas comerciais do tipo nquel-cromo(+) e nquel-mangans-silcio-alumnio(-).

Termopar tipo N (-200 a 1200C):: Compostos de ligas nquel-cromo-silcio(+) e nquel-silcio(-).


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Temperat uraCurvas caractersticas de Termopares


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Temperat uraFios e cabos de extenso e compensao

Fios e cabos de extenso e compensao (ou fios e cabos compensados), nada mais soque outros termopares, cuja funo alm de conduzir o sinal gerado pelo sensor, a decompensar os gradientes de temperatura existentes entre a juno de referncia(cabeote) do sensor e os bornes do instrumento, gerando um sinal proporcional demilivoltagem a este gradiente.

Fios e Cabos de Extensoso condutores fabricados com as mesmas ligas dos termoparesa que se destinam; portanto apresentam a mesma curva F.E.M. x temperatura. Os fios ecabos de extenso so usados com os termopares de base metlica ou bsicos tipo T, J, Ee K. Apesar de possurem as mesmas ligas dos termopares, apresentam um custo menordevido a limitao de temperatura que podem ser submetido, pois sua composio qumica

no to homognea quanto a do termopar.Fios e Cabos de Compensaoso os condutores fabricados com ligas diferentes dostermopares a que se destinam, mas tambm apresentando a mesma curva F.E.M. xtemperatura dos termopares.So usados principalmente com os termopares nobres (feitos a base de platina) tipos S e R,porm pode-se utiliz-lo em alguns termopares bsicos e com os novos tipos que ainda noesto normalizados.


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Temperat uraCores de Termopares


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Temperat uraCores de Termopares


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Temperat ura

Cores de Termopares


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Temperat ura

Cabeotes

A funo do cabeote a de proteger oscontatos do bloco de ligao, facilitar aconexo do tubo de proteo e docondute, alm de manter uma

temperatura estvel nos contatos do blocode ligao, para que os contatos feitos demateriais diferentes do termopar nointerfiram no sinal gerado por ele .

- O Cabeote a Prova de Tempo, umcabeote mais robusto, indicado

ambientes onde necessrio a proteocontra os efeitos do meio ambiente comoumidade, gases no inflamveis, poeiras,vapores e vedao (gaxetas), que fazema vedao contra o tempo, vapor, gasese p. Seu corpo feito de alumnio ouferro fundido com sua tampa rosqueadapara maior proteo.


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Poos Termomtricos

O poo termomtrico tem a funo deproteger os termoelementos contra aao do processo (ambientesagressivos, esforos mecnicos entre

outros). fornecido com meio para ligaoestanque do processo, ou seja, veda oprocesso contra vazamentos, perdasde presso, contaminaes e outros.

Genericamente usa-se o poo onde ascondies do processo requisitam altasegurana e so crticas tais comoaltas temperaturas e presses, fluidosmuito corrosivos, vibraes e altavelocidade de fluxo.


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Termmetro de Resistncia

As termoresistncias ou bulbos de resistncia ou termmetrosde resistncia ou RTD, so sensores que se baseiam noprincpio da variao da resistncia hmica em funo datemperatura. Elas aumentam a resistncia com o aumento datemperatura. Seu elemento sensor consiste de uma

resistncia em forma de fio de platina de alta pureza, denquel ou de cobre (menos usado) encapsulado num bulbo decermica ou vidro.

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Termoresistncia de Platina Pt100

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A mais utilizada a platina pois apresenta uma ampla escala detemperatura, uma alta resistividade permitindo assim uma maiorsensibilidade, um alto coeficiente de variao de resistncia coma temperatura, uma boa linearidade resistncia por temperatura etambm ter rigidez e ductibilidade para ser transformada em fiosfinos, alm de ser obtida em forma purssima. Faixa de trabalhode -200 a 600C. Aplicaes tpicas:-Processos industriais-Aquecedores dgua (Boilers)

-Sistemas de aquecimento-Sistemas de ar condicionado-Sistemas de ventilao-Foges


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Ponte de WheatstoneA ponte de Wheatstone, quando apresenta uma relao deresistncia R1 . R3 = R2 . R4 , esta se encontra balanceada ouem equilbrio e desta forma no circula corrente pelogalvanmetro pois os potenciais nos pontos A e B so idnticos.

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Pt100 Ligao a dois fios

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Pt100 Ligao a trs fios

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Vantagens e Desvantagens de Termoresistncia x Termopar

Vantagens:a) Possuem maior exatido dentro da faixa de utilizao do queos outros tipos de sensores.

b) Tem caractersticas de estabilidade e repetibilidade melhores

do que os termopares.c) Com ligao adequada, no existe limitao para distncia deoperao.

d) Dispensa o uso de fios e cabos de extenso e compensaopara ligao, sendo necessrio somente fios de cobre comuns.

e) Se adequadamente protegido ( poos e tubos de proteo ),permite a utilizao em qualquer ambiente.

f) Curva de Resistncia x Temperatura mais linear.

g) Menos influenciada por rudos eltricos.

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Desvantagens:a) So mais caras do que os sensores utilizados nestamesma faixa.b) Range de temperatura menor do que os termopares.

c) Deterioram-se com mais facilidade, caso se ultrapasse atemperatura mxima de utilizao.d) necessrio que todo o corpo do bulbo esteja com atemperatura estabilizada para a correta indicao.e) Possui um tempo de resposta mais alto que os termopares.

f) Mais frgil mecanicamenteg) Autoaquecimento, exigindo instrumentao sofisticada.

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Vantagens e Desvantagens de Termoresistncia x Termopar


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Transmissor

Sensor de entrada programvel: termoparestipos J,K,T,N,E,R,S e RTD Pt100.Sada 4-20mA a 2 fios.Alimentao: 12 at 30 V.Sada de corrente linearizada e comcompensao de junta-fria para termopares.Pt100 a 2 ou 3 fios, com linearizao.Exatido: 0.2% do fundo de escala paraPt100 e 0.3% do fundo de escala para ostermopares.Temperatura de trabalho:-40 to +85C.Proteo para quebra de sensor programvelpara incio ou fim da escala.

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Transmissor


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Termmetros Portteis

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Temperat ura

Medio por Infravermelho

A tecnologia infravermelha no um fenmeno novo, ela tem sido utilizada com sucesso emsetores industriais e de pesquisa durante dcadas, mas inovaes tem reduzidos custos, ampliadoa confiabilidade, e resultou em sensores infravermelhos para medio de temperatura semcontato.

Quais as vantagens da medio de temperatura sem contato ? rpida (na faixa de ms), permitindo mais medies e acumulao de dados

Medies podem ser feitas em objetos perigosos ou fisicamente inacessveis (partes com alta-voltagem, medies a grande distncia)

Facilidade de medio quando o alvo est em movimento Medies de altas temperaturas(maiores que 1300C) no apresentam problemas. Em casossimilares, termmetros comuns no podem ser utilizados ou tem a sua vida til reduzida

Em casos de maus condutores de calor como plstico e madeira, medies so extremamenteprecisas sem distores dos valores, se comparado com medies com termmetros de contato

No h risco de contaminao e efeito mecnico na superfcie dos objetos


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Temperat ura

Em suma, as principais vantagens da medio de temperatura por infra-vermelho soa velocidade, ausncia de interferncia e possibilidade de medio de altastemperaturas at 3000C. Lembrando que apenas temperaturas na superfcie dosmateriais podem ser medidas.

Os termmetros de infra-vermelhos podem ser comparados ao olho humano. As lentesdo olho representa a parte tica que faz com que a radiao(fluxo de ftons) vindosdos objetos pela atmosfera, alcancem a camada fotossensvel (retina). Isto convertido em um sinal que enviado ao crebro.

A figura abaixo apresenta o processo de medio por infravermelho


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Temperat ura

Medio por Infravermelho: -


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Temperat ura

Medio por Infravermelho: Algumas aplicaes:

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