Temperatura. Termometria INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE. Escalas termométricas. Conceitos importantes. Relação entre as escalas 2/6/2011

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1 Termometria INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE Professor Miguel Neto Temperatura É a ciência que estuda e desenvolve os instrumentos de medidas de temperatura. Está divida em: Pirometria: Medição de altas temperaturas, na faixa onde os efeitos de radiação térmica passam a se manifestar. Criometria: Medição de baixas temperaturas, ou seja, aquelas próximas ao zero absoluto de temperatura. Conceitos importantes Temperatura: É uma propriedade da matéria, relacionada com o movimento de vibração e/ou deslocamento dos átomos de um corpo. Escalas termométricas Escala Celsius (ºC) Escala Fahrenheit (ºF) Escala Kelvin (K) Calor: É a transferência de energia entre corpos com diferentes temperaturas. Relação entre as escalas Diagrama pressão x temperatura 1

2 termômetro Éoaparelhoquemedeatemperatura. Classificação: 1º classe: o elemento sensível está em contato com o corpo cuja temperatura se quer medir. 2º classe: o elemento sensível não está em contato com o corpo cuja temperatura se quer medir. Tipos de termômetros 1º grupo (contato direto): Medição até 1600 C Termômetro à dilatação de líquidos de sólido Termômetro à pressão de gás de vapor Termômetros elétricos Termoelementos ou Termopar Termômetro de resistência elétrica ou Termoresistência 2º grupo (contato indireto): Medição de altas temperaturas Pirômetro óptico Pirômetro infravermelhos Pirômetro de radiação Termômetro à dilatação de líquido São baseados no fenômeno da dilatação aparente de um líquido dentro de um recipiente Fechado. O líquido mais utilizado é omercúrio. Termômetro à dilatação de líquido Pode ser: Recipiente de vidro transparente Recipiente metálico: o elemento sensor pode ser: C, espiral ou helicoidal. Termômetro à dilatação de sólido ou bimetálicos Baseia-se no fenômeno da dilatação linear dos metais com a temperatura. Termômetro à pressão de vapor e gás Baseia-se na variação da pressão dentro do capilar devido à variação da temperatura. 2

3 Termopar TERMOPAR Baseia-se na geração de uma FEM, da ordem de mv, devido à junção de dois metais diferentes com temperaturas diferentes em suas extremidades. T 1 éajunçãodemediçãooujunçãoquente. T r éajunçãodereferênciaoujunçãofria. Princípio de funcionamento A junção de condutores distintos A e B, formando um circuito fechado, submetidos a uma diferença de temperatura nas suas extremidades faz surgir uma corrente elétrica. Compensação da temperatura ambiente (T r ) E AB =E T1 E Tr Conhecendo-seE AB et r determina-set 1. Banho de água e gelo na junção de referência forçandot r =0 C.Logo:E AB =E T1 Quando este circuito é interrompido, surge uma força eletromotriz(fem)e AB. E AB =f(δt) E AB =E T1 E Tr Tipos e características dos termopares Termopares de Base Metálica ou Básicos Tipos: T, J, K e E. São os termopares de maior uso industrial Os fios possuem um custo relativamente baixo Sua aplicação admite um limite de erro maior. Termopares Nobres ou a Base de Platina. Tipos: S, R e B; São constituídas por ligas de platina; Possuem um custo elevado; Altíssima precisão. Relação FEM x temperatura dos termopares 3

4 Materiais que compõe os termopares Exemplo Um termopar tipo K está sujeito a 100 C na junção de medição e 25 C na conexão ao instrumento. Determine a FEM térmica. Tabela para o termopar tipo K Montagem do termopar convencional Termopar com isolação mineral É constituído de um termopar convencional, envolvido por um pó isolante de óxido de magnésio, altamente compactado e protegidos por uma bainha metálica (tubo de proteção). Tipos de junções de medição Écomposto por3partes: Bainha metálica; Termoelementos; Isolação mineral. 4

5 Fios e cabos de extensão e compensação Temafunçãode: Conduzir o sinal gerado pelo sensor Compensar as perdas de temperatura existentes entre a junção de referência (cabeçote) do sensor e os bornes do instrumento. Fios e cabos de extensão e compensação Erro proporcionado por utilização de cabos de cobre Os cabos de cobre não compensam o diferencial de temperatura, proporcionando erros. 1 Isoladores: tem a função de isolar eletricamente os termoelementos e resistir a altas temperaturas. São feitos de cerâmica ou alumina(alumínio). 2 Blocos de ligação ou terminais: tem a funçãodeinterligarotermoparaofiooucabo de extensão ou compensação, e prendê-los no cabeçote. 5

6 3 Cabeçotes: tem a função de proteger os contatos dos bloco de ligação, facilitar a conexão do tubo de proteção, além de manter uma temperatura estável nos contatos do bloco de ligação. 4 Tubos de proteção: tem a função de proteger os termopares de ambientes de trabalho(processos). Poço de proteção termoelétrico São utilizados para permitir a instalação de termopares ou termoresistência em ambientes em que somente o tubo de proteção não é suficiente. TERMORESISTORES Termoresistores São sensores que se baseiam no princípio da variação da resistência ôhmica em função da temperatura. Elas aumentam a resistência com o aumento da temperatura. O material utilizado é o cobre, o níquel e a platina pois apresenta uma ampla escala de temperatura. Pt 100 É uma termoresistência de platina que apresenta uma resistência ôhmica de 100 Ω à 0 C. 6

7 Constituição dos termoresistores Esquema de montagem da termoresistência (ponte de weatstone) Esquema de montagem da termoresistência 2 métododeligaçãoa2fios Utilizado quando os pontos de medição e leitura (comprimento dos condutores de ligação) seja menor que3m. Esquema de montagem da termoresistência 3 métododeligaçãoa3fios Utilizado quando os pontos de medição e leitura (comprimento dos condutores de ligação) seja maior que3m. Tipos de radiação MEDIÇÕES DE ALTAS TEMPERATURAS A transmissão de energia por radiação ocorre por meio das ondas eletromagnéticas, que são classificadas conforme a sua frequência ou comprimento de onda. 7

8 Pirômetros de banda larga: tipo infravermelho e radiação total Baseia-se na detecção da radiação proveniente de um objeto por meio de uma convergência das ondas, proporcionado por uma lente ou um espelho esférico. Pirômetros de banda estreita: Tipo óptico É um instrumento com o qual a luminosidade desconhecida de um objeto é medida comparando-a com a luminosidade conhecida de uma fonte padrão. 8