Propriedades termicas Termopares Tipo T

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1 Propriedades termicas Tipos de termopares- linearização-uso de tabela Cabos de compensação e normas Correção por efeito da junta de referencia na medição Termistores PTC e NTC Resistores de referencia de temperatura Coeficiente de termoresistividade Efeito Peltier Calor de fusão em fusíveis e semicondutores Termopares São assim chamados os termopares de maior uso industrial, cujos fios são de custo relativamente baixo e sua aplicação admite um limite de erro maior. Tipo T Nomenclaturas: T-adotado pela Norma ANSI CC-adotado pela Norma Jis Cu-Co Cobre-Constantan Liga: (+) Cobre-(99,9%) (- ) Constantan-são as ligas de CuNi compreendidos no intervalo entre Cu (50%) e Cu (65%) Ni (35%). A composição mais utilizada para este tipo de Termopar é de Cu (58%) e Ni (42%). Características: Faixa de utilização: -200 C a 370 C f.e.m. produzida: -5,603mV a 19,030mV Aplicações: criometria (baixas temperaturas), indústrias de refrigeração, pesquisas agronômicas e ambientais, química e petroquímica.

2 Tipo J Nomenclatura: J-adotado pela Norma ANSI IC adotado pela Norma Jis Fe-Co Ferro-Constantan Liga: (+) Ferro- (99,5%) (-) Constantan-Cu (58%)e Ni (42%) Características: Faixa de utilização: 0 C a 760 C f.e.m. produzida: 0,0mV a 42,919mV Aplicações: centrais de energia, metalúrgica, química, petroquímica, industriais em geral. Tipo E Nomenclatura: E-adotado pela Norma ANSI CE adotado pela Norma Jis NiCr-CO Liga: (+) Chromel-Ni(90%) e Cr (10%) (-) Constantan- Cu (58%)e Ni (42%) Características: Faixa de utilização: -200 C a 870 C f.e.m. produzida: -8,825mV a 66,473mV Aplicações: química e petroquímica Tipo K Nomenclatura: K-adotada pela Norma ANSI CA adotado pela Norma Jis Liga: (+) Chromel-Ni(90%) e Cr (10%) (-) Alumel-Ni (95,4%), Mn (1,8%), Si (1,6%), Al (1,2%) Características: Faixa de utilização: -200 C a 1260 C f.e.m. produzida: -5,891mV a 51,00mV

3 Aplicações: metalúrgica, siderúrgica, fundição, usina de cimento e cal, vidros, cerâmica, industrias em geral. Termopares Nobres São aqueles cujos pares são constituídos de platina. Embora possuam custo elevado e exijam instrumentos receptores de alta sensibilidade, devido à baixa potência termoelétrica, apresentam uma altíssima precisão, dada a homogeneidade e pureza dos fios dos Termopares. Tipo S Nomenclatura: S-adotado pela Norma ANSI Pt Rh 10% - Pt Liga: (+) Platina 90% Rhodio 10% (-) Platina 100% Características: Faixa de utilização:0 C a 1480 C f.e.m. produzida: 0mV a 15,341mV Aplicações: siderúrgicas, fundição, usina de cimento, cerâmica, vidro e pesquisa científica. Observação: é utilizado em sensores descartáveis na faixa de 1200 C a 1768 C, para medição de metais líquidos em siderúrgicas e fundições. Aplicações: siderúrgicas, fundição, usina de cimento, cerâmica, vidro e pesquisa científica. Observação: é utilizado em sensores descartáveis na faixa de 1200 C a 1768 C, para medição de metais líquidos em siderúrgicas e fundições. Tipo R Nomenclatura: R-adotado pela Norma ANSI Pt Rh 13% - Pt Liga: (+) Platina 87% Rhodio 13% (-) Platina 100% Características: Faixa de utilização: 0 C a 1480 C f.e.m. produzida: 0mV a 17,169mV Aplicações: as mesmas do tipo S.

4 Tipo B Nomenclatura: B-adotado pela Norma ANSI Pt Rh 30% - Pt Rh 6% Liga: (+) Platina 70% Rhodio 30% (-) Platina 94% Rhodio 6% Características: Faixa de utilização: 870 C a 1700 C f.e.m. produzida: 3,708mV a 12,433mV Aplicações: vidro, siderúrgica, altas temperaturas em geral. TERMOPARES ESPECIAIS Ao longo dos anos, os tipos de Termopares produzidos oferecem, cada qual, uma característica especial. Porém, apresentam restrições de aplicação, que devem ser consideradas. Novos tipos de Termopares foram desenvolvidos para atender as condições de processo em que os Termopares Básicos não podem ser utilizados. Tungstênio Rhênio esses Termopares podem ser usados continuamente até 2300 C e por curto período até 2750 C. Irídio 40% - Rhodio/Irídio esses Termopares podem ser utilizados por períodos limitados até C. Platina 40% Rhodio/Platina 20% Rhodio esses Termopares são utilizados em substituição ao tipo B que requer temperaturas um pouco mais elevadas. Podem ser usados continuamente até 1600 C e por curto período até 1800 C ou 1850 C. Ouro Ferro/Chromel esses Termopares são desenvolvidos para trabalhar em temperaturas criogênicas.

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7 Tabela de códigos de cores para fios e cabos Tabela de código de cores, faixa de utilização e tolerância para os fios e cabos de extensão e compensação. SÍMBOLO Termopar CÓD CONDUTORES (+) (-) FAIXA DE TEMPERATURA TOLERÂNCIA ºC AMERICANA ANSI MC 96,1 ALEMÃ DIN N O R M A S INGLESA BS 1843/52 JAPONESA JIS C1610/81 FRANCESA NF C T TX EXTENSÃO TIPO T Cobre (+) Cobre-Níquel (-) -60 a 100ºC Standard ± 1,0ºC Especial ± 0,5ºC J JX EXTENSÃO TIPO J Ferro (+) Cobre-Níquel (-) 0 a 200ºC Standard ± 2,2ºC Especial ± 1,1ºC E EX EXTENSÃO TIPO E Níquel-Cromo (+) Cobre-Níquel (-) 0 a 200ºC Standard ± 1,7ºC Especial - K KX EXTENSÃO TIPO K NíquelCromo (+) Níquel-Alumínio (-) 0 a 200ºC Standard ± 2,2ºC Especial - K WX COMPENSAÇÃO TIPO K Ferro (+) Níquel-Cobre (-) -20 a 150ºC Standard ± 3,0ºC Especial - K VX COMPENSAÇÃO TIPO K Cobre (+) Cobre-Níquel (-) -20 a 150ºC Standard ± 2,5ºC Especial - R S SX RX COMPENSAÇÃO TIPO S/R Cobre (+) Cobre-Níquel (-) 0 a 200ºC Standard ± 5,0ºC Especial - Obs.: Modelos marcados referem-se somente ao TIPO SX B BX Cabos de cobre comuns Cobre (+) Cobre (-) 0 a 100ºC Standard 0oC/ -3,7ºC Especial - N NX EXTENSÃO TIPO N Níquel-Cromo-Silício (+) Níquel-Silício (-) 0 a 200ºC Standard ± 2,2ºC Especial -

8 Formas de medir

9 **Ver Termopares dispositivos- apresentação

10 Temistores Circuito para linearizar a curva do termistor

11 RTDs RTD é abreviação inglesa de Resistance Temperature Detector. A base do funcionamento é o conhecido fenômeno da variação da resistência elétrica dos metais com a temperatura. Os metais mais usados são platina, níquel, cobre, ferro, molibdênio e/ou ligas dos mesmos. RTD de fio

12 Em (a), o RTD de fio (o fio metálico é enrolado em forma de espiral dentro de um tubo cerâmico com suportes e outros detalhes não mostrados). RTD de filme Em (b), o RTD de filme (um filme metálico é depositado sobre uma placa de cerâmica). O RTD de filme é também colocado no interior de um tubo para proteção. A variação da resistência elétrica com a temperatura de um fio metálico é dada pela relação: R(t) = R 0 (1 + a t + b t 2 + c t 3 ) R 0 é a resistência a 0ºC. Coeficientes a, b e c são características do metal ou liga. Especificação térmica de um RTD ser dada pelo coeficiente médio (α) de temperatura na faixa de 0 a 100ºC. Assim, α = (R 100 R 0 ) / (100 R 0 ). Unidade 1/ºC. Segue tabela comparativa para alguns metais e ligas mais usados. Metal Faixa ºC Alfa Observações Cobre Cu 200/260 0,00427 Baixo custo Molibdênio Mo 200/200 0,00300 e 0,00385 Opção de menor custo p/ Pt em faixa limitada Níquel Ni 80/260 0,00672 O custo é baixo mas a faixa é limitada Níquel-ferro Ni-Fe 200/200 0,00518 Baixo custo Platina Pt 240/660 0,00385 e 0,00392 Boa precisão

13 RTDs de cobre- Cu/ Cobre é raramente usado para essa finalidade e parece não haver padrões internacionais. Quando usado, é comum um coeficiente α = 0, /ºC. Na faixa de temperatura 0 a 200ºC e se não há necessidade de muita precisão, pode ser empregada uma relação simplificada: R(T) = R 0 (1 + 0,00427 T). RTDs de níquel - Ni/ São usados em aplicações onde o baixo custo é importante. Em relação à platina, o níquel tem menor resistência à corrosão e é menos estável em temperaturas elevadas. Por isso, é geralmente usado para ar sem impurezas. Alguns fabricantes sugerem uma fórmula modificada: R(t) = R 0 (1 + a t + b t 2 + d t 4 + f t 6 ) onde: a = 5, b = 6, d = 2, f = 2, RTDs de platina Pt/ Platina é o metal mais usado por sua resistência à corrosão e estabilidade em altas temperaturas. É empregada uma fórmula modificada: R(t) = R 0 [ 1 + a t + b t 2 + c (t 100) t 3 ]. Existem dois padrões internacionais, que diferem no nível de dopagem e, portanto, nos coeficientes: 1) Padrão Pt100: α = 0, /ºC

14 R 0 = 100 ohms Para T 0 = 0c a = 3, b = 5, c = 4, Ponte de westone RTD de platina classe A e B Efeito Peltier

15 Propriedades térmicas Coeficiente dilatação térmica Reles térmicos Temperatura de fusão e energia de fusão I 2 t Dilatação térmica Variação linear Variação superficial e β=2α Variação volumétrica e γ =3α

16 TIPOS DE DISPARADORES ELETROMAGNÉTICOS (UNIDADE MAGNÉTICA)

17 Disparador térmico (Unidade térmica) Normalmente ferro niquel (36% Ni) FUSIVEIS E TIRISTORES

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19 Exemplo 1.-Dimensionar o fusível para o motor In = 4.86 A p/ 380V Ip = 6.7*4.86 A= 32.5 A na partida ( 15seg aprox) Satisfazendo as duas condições temos 10 A 2.-Construa seu próprio fusível (seja pratico) Q = C m ΔT = I 2 Rt Liga de cobre níquel, segundo diagrama de fases Considerando 40% Ni e 60% de Cu temos 1300 C como ponto de fusão Ccu = 394[J/kgK] Cni = 461[J/kgK] Dcu = 8.93gr/cm3 Dni = 8.8gr/cm3 ρcu = [Ωmm2/m] ρni = 0.087[Ωmm2/m] elo fusivel de 0.46mm de diâmetro e 5cms de cumprimento

20 Questionário IV Propriedades térmicas 1. Como o calor e transferido 2. A resistência térmica de um dissipador deve ser alta ou baixa 3. A resistência térmica das paredes de um forno como deve ser alta ou baixa 4. Qual o dissipador tem uma resistência térmica melhor R thha = 0,20C-w ou 1,25C-w 5. Que tipo de trocadores existem 6. Como se comporta o fluxo de calor num trocador de fluxo cruzado 7. Por que um extremo do tracador de tubos e móvel 8. Cite 2 vantagens da manta térmica 2 duas inconveniências 9. As ligas para resistência de fornos podem oxidar? 10. A liga de nikrothal 70 e o Kanthal que percentagem de níquel contem 11. Que liga e usada em altas temperaturas 12. O efeito Seebeck que tipo de tensão gera, só é aplicável a alguns materiais? 13. Na montagem para medição de temperatura que cuidados deve ter com os fios de compensação 14. E possível emendar um fio do termopar tipo J com um fio estanhado e soldarlo para garantir uma perfeita condução 15. Para que servem os termopares que tem elementos nobres em sua liga 16. Por que as ligas para resistência de fornos são quebradiças 17. Que são os termistores e que tipos existem 18. Que são os RTD e em que se diferenciam dos termistores

21 19. Como se da a especificação de um RTD e para que são normalmente utilizados 20. Calcule a resistência R 0 de um RTDCu-100, com alfa = 0,00427 para zero grau e para 25Cº 21. O que se entende por efeito Peltier e para que pode ser usado 22. Para que se utilizam os fusíveis ultra-rápidos e como devem ser os fatores de fusão I 2 t do fusível respeito ao fator do semicondutor.