termodin¢mica 1 termometria - termopares jos© queiroz - unilins

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  • Termodinmica 1 Termometria - Termopares Jos Queiroz - Unilins
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  • Em 1821, o fsico alemo Thomas Johann Seebeck observou que, unindo as extremidades de dois metais diferentes x e y e submetendo as junes a e b a temperaturas diferentes T 1 e T 2, surge uma f.e.m. (fora eletromotriz, normalmente da ordem de mV) entre os pontos a e b, denominada tenso termoeltrica. Figura 2 - Experimento de Seebeck TERMOELETRICIDADE TERMOPARES
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  • TERMOELETRICIDADE TERMOPARES Este fenmeno conhecido por "Efeito Seebeck". Em outras palavras, ao se conectar dois metais diferentes (ou ligas metlicas) do modo mostrado na Figura abaixo, tem-se um circuito tal que, se as junes a e b forem mantidas em temperaturas diferentes T 1 e T 2, surgir uma f.e.m. termoeltrica e uma corrente eltrica i circular pelo chamado "par termoeltrico ou "termopar". Qualquer ponto deste circuito poder ser aberto e nele inserido o instrumento para medir a f.e.m. Em 1826, o fsico francs Antonie Becquerel sugeriu pela primeira vez a utilizao do efeito Seebeck para medio de temperatura.
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  • TERMOELETRICIDADE TERMOPARES LEIS TERMOELTRICAS 1 a Lei Termoeltrica A fora eletromotriz " " de um termopar depende somente da natureza dos condutores e da diferena de temperatura entre as junes de contato.
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  • TERMOELETRICIDADE TERMOPARES LEIS TERMOELTRICAS Algumas conseqncias importantes da 1 a Lei a)Se as junes estiverem a mesma temperatura, a f.e.m. gerada pelo termopar nula. b) A f.e.m. gerada pelo termopar independe do ponto escolhido para medir o sinal. Por isso, ao confeccionar o termopar, numa das junes no realizada a solda, introduzindo-se al o instrumento.
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  • TERMOELETRICIDADE TERMOPARES LEIS TERMOELTRICAS Lei dos Metais Intemedirios A f.e.m. do termopar no ser afetada se em qualquer ponto do circuito for inserido um terceiro metal, desde que suas junes sejam mantidas a mesma temperatura. T3 = T4 --> E1 = E2 Um exemplo de aplicao prtica desta lei a utilizao de contatos de lato ou cobre, para interligao do termopar ao cabo de extenso no cabeote.
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  • TERMOELETRICIDADE TERMOPARES LEIS TERMOELTRICAS 2 a Lei Termoeltrica (Lei das Temperaturas Intermedirias) Se dois metais homogneos diferentes produzem uma f.e.m. E 1 quando as junes esto s temperaturas T 1 e T 2, e uma f.e.m. E 2, quando as junes esto a T 2 e T 3, a f.e.m. gerada quando as junes esto a T 1 e T 3 ser E 1 + E 2.
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  • TERMOELETRICIDADE TERMOPARES CIRCUITOS DE TERMOPARES E MEDIES DE F.E.M. A Figura mostra um termopar usado para medir a temperatura T 1 ; o instrumento indicar uma tenso proporcional a diferena (T 1 - T 2 ). T 2 pode ser medida com um termmetro convencional. No Circuito equivalente acima, R v a resistncia interna do voltmetro. R T a resistncia dos fios do termopar acrescido dos fios que levam o sinal ao instrumento.
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  • MEDIO DE TEMPERATURA COM TERMOPAR JUNTA DE MEDIO TERMOPAR BLOCO DE LIGAO CABO DE EXTENSO JUNTA DE REFERNCIA GRADIENTE DE TEMPERATURA (T) TRM DE TEMP., INDICADOR OU CARTO INPUT(CLP) Efeitos Termoeltricos: Seebeck: A experincia de SEEBECK demonstrou que num circuito fechado, formado por dois fios de metais diferentes, se colocarmos os dois pontos de juno temperaturas diferentes, se cria uma corrente eltrica cuja intensidade determinada pela natureza dos dois metais, utilizados e da diferena de temperatura entre as duas junes Peltier : o inverso do termopar: uma corrente eltrica forada a passar por junes de metais diferentes, resultando em aquecimento de uma e resfriamento de outra. Outros Efeitos: Thomson e Volta.
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  • MEDIO DE TEMPERATURA COM TERMOPAR
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  • A (+) B (-) T +) T T -) T E T Tr A (+) B (-) I Efeito Seebeck" " " Efeito Peltier " Peltier : o inverso do termopar: uma corrente eltrica forada a passar por junes de metais diferentes, resultando em aquecimento de uma e resfriamento de outra.
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  • 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0200 400 600800 1000 1200 14001600 1800 mV T E J T K NICROSIL-NISIL R S B Correlao da F.E.M. x Temperatura
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  • FORNO TIPO T" TERMMETRO DIGITAL 50 C 2,035 mV JR = 0,992 mV 25 C A A T2E1 = 19,68 E2 = 0,96 Cr 0 C 24 C Correo da Junta de Referncia F.e.m. = Jm Jr F.e.m. = 2,035 0,992 F.e.m. = 1,043 mV
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  • CABEOTE CABO DE COBRE REGISTRADOR 24 C 0,960 mV 0,00 mV 20,371 mV 38 C 1,529 mV 538 C 22,260 mV TC TIPO K FORNO + 20,731 mV + 0,000 mV + 0,960 mV +21,691 mV 525 C ERRO = - 13 C EXTENSO -ERROS DE LIGAO * Usando fios de cobre.
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  • CABEOTE CABO TIPO KX REGISTRADOR 24 C 0,960 mV 0,569 mV 20,371 mV 38 C 1,529 mV 538 C 22,260 mV TC TIPO K FORNO + 20,731 mV + 0,569 mV + 0,960 mV + 22,260 mV 538 C ERRO =' 0 * Usando fios de compensao. EXTENSO COMPENSAO CABO ESPECIAL
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  • CABEOTE CABO TIPO KX REGISTRADOR 24 C 0,960 mV 0,569 mV 20,731 mV 38 C 1,529 mV 538 C 22,260 mV TC TIPO K FORNO - 20,731 mV + 0,569 mV + 0,960 mV - 19,202 mV * Inverso simples. EXTENSO -ERROS DE LIGAO
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  • CABEOTE CABO TIPO KX REGISTRADOR 24 C 0,960 mV 0,569 mV 20,731 mV 38 C 1,529 mV 538 C 22,260 mV TC TIPO K FORNO + 20,731 mV - 0,569 mV + 0,960 mV + 21,102 mV 511 C ERRO = - 27 C * Inverso Dupla. EXTENSO -ERROS DE LIGAO
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  • ASSOCIAO SRIE DE TERMOPARES 1. - Associao Srie Exemplo tipo K F.e.m. = E 56 E 50 F.e.m. = (2,27 - 1,0) + (2,022 1,0) F.e.m. = 1,27 +1,022 F.e.m. = 2,292 mV
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  • ASSOCIAO DE TERMOPARES 1. - Associao Srie Oposta Exemplo tipo K
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  • ASSOCIAO DE TERMOPARES 1. - Associao Paralelo Exemplo tipo K
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  • TERMOELETRICIDADE TERMOPARES LEIS TERMOELTRICAS Termopares bsicos So assim chamados os termopares de maior uso industrial, em que os fios so de custo relativamente baixo e sua aplicao admite um limite de erro maior. A seguir daremos informaes sobre os termopares da norma ANSI MC 96.1 e baseados na ITS 90.
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  • TERMOELETRICIDADE TERMOPARES LEIS TERMOELTRICAS Normas e Caractersticas - bsico Tipo T Cor do fio: ( + ) Azul ( - ) Vermelho Cor do cabo: Azul Liga: ( + ) Cobre - ( 99,9 % ) ( - ) Constantan - So as ligas de Cu - Ni compreendidos no intervalo entre Cu ( 50 % ) e Cu ( 65 % ) Ni ( 35 % ). A composio mais utilizada para este tipo de termopar de Cu ( 58 % ) e Ni ( 42 % ). Caractersticas: Faixa de utilizao: - 184 C a 370 C F.e.m. produzida: - 6,258 mV a 20,810 mV Aplicaes: Criometria (baixas temperaturas), Indstrias de refrigerao, Pesquisas agronmicas e ambientais, Qumica e Petroqumica.
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  • TERMOELETRICIDADE TERMOPARES LEIS TERMOELTRICAS Normas e Caractersticas - Bsico Tipo J Cor do fio: ( + ) Branco ( - ) Vermelho Cor do cabo: Preto Liga: ( + ) Ferro - ( 99,5 % ) ( - ) Constantan= Cu ( 58 % ) e Ni ( 42 % ). Normalmente se produz o ferro a partir de sua caracterstica e casa-se o constantan adequado. Caractersticas: Faixa de utilizao: 0 C a 760 C F.e.m. produzida: - 8,095 mV a 43,559 mV Aplicaes: Centrais de energia, Metalrgica, Qumica, Petroqumica, indstrias em geral.
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  • TERMOELETRICIDADE TERMOPARES LEIS TERMOELTRICAS Normas e Caractersticas - Bsico Tipo E Cor do fio: ( + ) Violeta ( - ) Vermelho Cor do cabo: Violeta Liga: ( + ) Chromel - Ni ( 90 % ) e Cr ( 10 % ) ( - ) Constantan - Cu ( 58 % ) e Ni ( 42 % ) Caractersticas: Faixa de utilizao: 0 C a 870 C F.e.m. produzida: - 9,835 mV a 76,298 mV Aplicaes: Qumica e Petroqumica
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  • TERMOELETRICIDADE TERMOPARES LEIS TERMOELTRICAS Normas e Caractersticas - Bsico Tipo K Cor do fio: ( + ) Amarelo ( - ) Vermelho Cor do cabo: Amarelo Liga: ( + ) Chromel - Ni ( 90 % ) e Cr ( 10 % ) ( - ) Alumel - Ni( 95,4 % ), Mn( 1,8 % ), Si( 1,6 % ), Al( 1,2 % ) Caractersticas: Faixa de utilizao: 0 C a 1260 C f.e.m. produzida: - 6,458 mV a 54,852 mV Aplicaes: Metalrgicas, Siderrgicas, Fundio, Usina de Cimento e Cal, Vidros, Cermica, Indstrias em geral.
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  • TERMOELETRICIDADE TERMOPARES LEIS TERMOELTRICAS Termopares Nobres So aqueles que os pares so constitudos de platina. Embora possuam custo elevado e exijam instrumentos receptores de alta sensibilidade, devido baixa potncia termoeltrica, apresentam uma altssima preciso, dada a homogeneidade e pureza dos fios dos termopares.
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  • TERMOELETRICIDADE TERMOPARES LEIS TERMOELTRICAS Normas e Caractersticas Termopares Nobres Tipo S Cor do fio: ( + ) Preto ( - ) Vermelho Cor do cabo: Verde Liga: ( + ) Platina 90% Rhodio 10 % ( - ) Platina 100 % Caractersticas: Faixa de utilizao: 0 C a 1480 C F.e.m. produzida: - 0,236 mV a 18,693 mV Aplicaes: Siderrgica, Fundio, Metalrgica, Usina de Cimento, Cermica, Vidro e Pesquisa Cientfica. Observao: utilizado em sensores descartveis na faixa de 1200 a 1768 C, para medio de metais lquidos em Siderrgicas e Fundies
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  • TERMOELETRICIDADE TERMOPARES LEIS TERMOELTRICAS Normas e Caractersticas Termopares Nobres Tipo R Cor do fio: ( + ) Preto ( - ) Vermelho Cor do cabo: Verde Liga: ( + ) Platina 87 % Rhodio 13 % ( - ) Platina 100 % Caractersticas: Faixa de utilizao: 0 C a 1480 C F.e.m. produzida: - 0,226 mV a 21,101 mV Aplicaes: As mesmas do tipo S
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  • TERMOELETRICIDADE TERMOPARES LEIS TERMOELTRICAS Normas e Caractersticas Termopa