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Termómetros de radiação óptica e a sua calibração. Artigo na revista Instalador, Paulo Cabral, IEPTRANSCRIPT
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Preço €5.22Periodicidade | Mensal (10 edições/ano)
Janeiro/Fevereiro | Nº 213/214www.oinstalador.com
Associações Colaboradoras
Reportagem - Pág. 12
Algarve debateu ‘Bombas de Calor Geotérmicas na Climatização’
Grande Entrevista - Pedro Telhado - Pág. 32
«A Iluminação em Portugal é muito maltratada»
Dossier Ambiente, Energias Renováveis - Pág. 60
Energias Renováveis: para onde caminha Portugal?
Reportagem - Pág. 58
Jornadas de Ambiente da Quercus
Dossier Electricidade e Electrónica - Pág. 42
Instrumentação e Medição
Ponto de Vista - Pág. 88
Luís Fonseca e Silva
Bombas eficientes para edifícios que pedem sustentabilidade Pág. 14
???????ELECTRICIDADE E ELECTRÓNICA
Instrumentação e medição: o exemplo da radiação óptica
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ELECTRICIDADE E ELECTRÓNICAInstrumentação e medição
´Termómetros de radiação óptica e a sua calibração’O mercado da instrumentação e medição tem registado uma evolução significativa em Portugal nos
últimos anos. Há um ano falamos desse progresso neste mesmo dossier dedicado ao tema, e dos
equipamentos e instrumentos que possuem cada vez mais qualidade. Em 2014, e nesta primeira edição
do ano, Paulo Cabral, Director do Laboratório de Metrologia e Ensaios do IEP - Instituto Electrotécnico
Português, fala sobre o tema ‘Termómetros de radiação óptica e a sua calibração’.
Texto_Paulo Cabral [Director do Laboratório de Metrologia e Ensaios do IEP]Fotos_IEP
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ELECTRICIDADE E ELECTRÓNICAInstrumentação e medição
A temperatura é inequivocamente uma
das grandezas físicas que mais influência
exerce nas nossas vidas. Estima-se que a
temperatura seja a segunda grandeza mais
medida do Sistema Internacional de Unida-
des (SI), logo a seguir ao tempo (hora legal
e intervalo de tempo). Desde o efeito que a
temperatura tem nas nossas vidas (a sensa-
ção de frio e de calor afecta sobremaneira
o nosso bem-estar e até o nosso humor; a
febre – temperatura corporal excessiva é
um dos sintomas mais avaliados na prática
médica; etc.) até às medições de temperatu-
ra na ciência e na indústria, já para não falar
na meteorologia, é incontável o número de
situações em que se efectuam medições da
grandeza temperatura.
E todavia é algo tão pouco conhecido do
cidadão comum! Se pedirmos a alguém
para definir “temperatura”, usualmente
obteremos respostas que fazem apelo às
sensações de “frio” e de “calor”, mas rara-
mente obteremos uma resposta objectiva
recorrendo à termodinâmica e definindo a
temperatura como uma variável de estado
de um sistema físico.
Uma das características mais curiosas da
temperatura é o facto de ser uma grandeza
intensiva. Se, por exemplo, juntarmos dois
objectos com a massa de 1 kg cada um,
obteremos uma massa total de 2 kg. Se
unirmos duas barras com comprimentos
individuais de 0,5 m, resultará uma barra
com 1 m de comprimento. Nestes casos,
estamos perante grandezas extensivas. No
entanto, se tivermos dois recipientes com
água a 20 ºC cada um, a sua junção produ-
zirá água também a 20 ºC (e não a 40 "C!).
As formas que têm sido utilizadas para
se medir a temperatura estão ligadas aos
múltiplos efeitos que esta grandeza exerce
sobre outras grandezas físicas. É bem co-
nhecido, e está muito vulgarizado (embora
esteja actualmente proibido), o termóme-
tro de coluna de mercúrio inserida num
tubo capilar de vidro, em que se aproveita
a variação do volume de um líquido (o
mercúrio) quando a sua temperatura varia
e se mede essa variação através de uma
medição de comprimento, numa régua
cuja escala está graduada em unidades
de temperatura. Outros dispositivos têm
larga aplicação industrial, médica e cientí-
fica: os termopares, em que é aproveitado
o aparecimento de uma diferença de po-
tencial eléctrico quando há uma diferença
de temperaturas entre junções de metais
diferentes; as termoresistências, das quais
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ELECTRICIDADE E ELECTRÓNICAInstrumentação e medição
a mais conhecida é certamente a Pt100
(sensor de platina cuja resistência a 0 ºC
é de 100 W), em que se determina a tem-
peratura sabendo qual o seu efeito sobre
a resistência eléctrica de um elemento
metálico; os termómetros bimetálicos,
em que se estabelece a relação entre a
dilatação de uma bilâmina e a temperatura
a que está exposta; etc.
Todas essas formas de medir a tempera-
tura se aproveitam de dois dos possíveis
mecanismos de transmissão de energia
calorífica: a condução e a convecção. Em
ambos os casos a transferência de ener-
gia tem um suporte material. Isto é uma
aplicação prática da chamada “lei zero
da termodinâmica”, a qual nos diz que
se dois corpos estão separadamente em
equilíbrio térmico com um terceiro, então
estão também em equilíbrio térmico
entre si, pelo que se encontram à mesma
temperatura.
Existe contudo uma terceira forma de
transferir energia térmica entre dois corpos,
para além da condução e da convecção.
Trata-se da radiação, mecanismo pelo qual
a energia é transferida sem ser necessário
existir um suporte material. Este efeito é
bem nosso conhecido, bastando pensar-
se na forma como o calor do Sol chega à
Terra, propagando-se no vazio.
A medição de temperatura por radiação
é baseada na lei da radiação de Planck
(radiação de um corpo negro), a qual nos
permite conhecer o conteúdo energético
de uma radiação se soubermos qual é
o seu espectro de comprimentos de
onda (em termos simplistas, qual é a sua
“cor”). Este efeito é utilizado desde há
muitos séculos, ainda que de uma forma
empírica, na fundição de metais, onde
um operador consegue estimar a tempe-
ratura do metal por simples observação
visual da cor deste.
Embora os termómetros de radiação,
também conhecidos por pirómetros ópti-
cos, existam há largos anos, até há algum
tempo eram utilizados principalmente para
gamas de temperatura muito elevadas,
tipicamente acima dos 1 000 ºC, dado
que nessa gama são muito escassos os
dispositivos de medição por contacto.
Apenas alguns tipos de termopares,
contendo tungsténio ou ródio, suportam
tais temperaturas, que se encontram por
exemplo em processos industriais de
fundição metálica ou na indústria cerâmi-
ca; são no entanto muito dispendiosos e
relativamente frágeis. Para valores a partir
de cerca dos 2 000 ºC não há outra forma
de medir temperaturas que não seja a
pirometria óptica.
Para temperaturas mais baixas, a oferta
de termómetros ópticos era até há alguns
anos bastante reduzida. Nos anos mais
recentes têm surgido no mercado vários
modelos de instrumentos que medem
temperaturas utilizando o fenómeno
da radiação, apresentando preços já
comparáveis aos dos termómetros mais
tradicionais. Tais instrumentos são conhe-
cidos comercialmente por termómetros de
radiação, termómetros de infravermelhos
ou pirómetros ópticos (embora esta última
designação pareça pouco adequada
neste caso, uma vez que “pirómetro” tem
a sua origem numa palavra grega que
designa “fogo”). Estes instrumentos en-
contram actualmente uma larga gama de
aplicações: na indústria, na investigação
científica, na detecção e investigação de
defeitos em estruturas, no sector alimentar
e em tantos outros domínios. Apresentam
como principais vantagens: a ausência de
necessidade de contacto com o objecto
cuja temperatura se pretende medir (o que
traz benefícios ao nível da segurança do
operador e da higiene do objecto a medir) e
a possibilidade de se efectuarem medições
a distâncias consideráveis (o que permite
determinar a temperatura de objectos que
de outra forma seriam inacessíveis à me-
dição). A vulgarização destes termómetros
tem levado a que existam hoje no mercado
instrumentos bastante fiáveis a custos mui-
to acessíveis, fazendo com que em muitas
aplicações se estejam hoje a substituir ter-
mómetros que exigem um contacto físico
por termómetros de radiação óptica.
Como com qualquer outro instrumento
de medição, há que assegurar que os
resultados obtidos com os termómetros
ópticos são fiáveis e que essas medições
são rastreáveis a padrões nacionais. Para
tal torna-se imprescindível efectuar pe-
riodicamente a sua calibração, utilizando
para tal os meios tecnologicamente mais
adequados.
Enquanto a calibração de termómetros
“por contacto” é uma operação já muito
vulgarizada, existindo meios para esse fim
em diversos laboratórios independentes
e em numerosas unidades industriais
portuguesas, a calibração de termómetros
de radiação óptica é algo menos comum.
Para dar resposta às necessidades dos
seus clientes, o IEP dotou-se dos meios
necessários para alargar a sua oferta de
serviços de calibração, passando a abran-
ger também este âmbito, e tem actualmen-
te em operação uma unidade técnica para
a calibração de termómetros de radiação
óptica. Esta área laboratorial encontra-se
acreditada pelo Instituto Português de
Acreditação (IPAC) tal como as restantes
áreas de calibração e de ensaios.
A acreditação cobre uma gama de
temperaturas que se estende até aos
700 ºC, o que cobre a grande maioria das
aplicações encontradas actualmente.
Equipamentos como termómetros ópti-
cos ou câmaras de termografia podem
assim ser calibradas, assegurando a ras-
treabilidade das suas leituras até padrões
nacionais e internacionais.