TERMOPARES SINOPSE. Um termopar consiste de dois condutores metálicos, de natureza distinta, na

TERMOPARES SINOPSE Um termopar consiste de dois condutores metálicos, de natureza distinta, na forma de metais puros ou de ligas homogêneas. Os fios são soldados em um extremo ao qual se dá o nome de junta quente ou junta de medição. A outra extremidade dos fios é levada ao instrumento de medição de f.e.m., fechando um circuito elétrico por onde flui a corrente. O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam ao instrumento de medição é chamado de junta fria ou de referência. O sinal de f.e.m. gerado pelo gradiente de temperatura( T) existente entre as juntas quente e fria, será de um modo geral indicado, registrado ou transmitido. Este dispositivo é largamente utilizado em alto-fornos, fornos para análises, estufas, entre outros. 1

SUMÁRIO 1 Introdução 2 Teoria 2.1 Definição de temperatura 2.2 Sensores de temperatura 2.3 Termopares 2.3.1 Teoria termoelétrica 2.3.2 Definição do termopar 2.3.3 Efeitos termoelétricos 2.3.3.1 Efeito termoelétrico Seebeck 2.3.3.2 Efeito termoelétrico Peltier 2.3.3.3 Efeito termoelétrico Thomson 2.3.4 Correlação da f.e.m em função da temperatura 2.3.4.1- Interpolação matemática da curva 2.3.4.2 Potência termoelétrica 2.3.5 Tipos e características dos termopares 2.3.5.1 Termopares básicos 2.3.5.2 Termopares Nobres 2.3.5.3 Novos tipos de termopares 2.3.6 Tipos de junta de medidas 2.3.6.1 Classificação quanto à união dos fios 2.3.6.2 - Classificação quanto à posição em relação á proteção 2.3.6.3 - Preparação e solda dos fios do Termopar 2.3.7- Acessórios dos termopares, características e aplicações 2.3.7.1- Isolador 2.3.7.2 Blocos de ligação 2.3.7.3 Tubos de proteção 2.3.8 Fios e cabos de extensão e compensação 2.3.8.1 Considerações gerais 2.3.8.2 Definições 2.3.8.3 - Faixa de utilização e limites de erro 2.3.8.4 - Isolação dos fios e cabos de extensão 2.3.8.5-Códigos de cores para fios e cabos de extensão e compensação 2.3.8.6 - Ligação dos fios e cabos de extensão e compensação 2.3.9 - Recomendações para seleção dos termopares 2.3.10 - Ruido em termopares 2.3.11 - Considerações gerais 2.3.11.1 - Envelhecimento de termopares 2.3.11.2 - Inércia de termopares 2.3.11.3 - Tubos de proteção 2.3.12 - Medição da f.e.m térmica 2.3.12.1 Instrumentos galvanométricos 2.3.12.2 - Instrumentos potenciometricos 2.3.12.3 - Instrumentos eletrônicos 2.3.12.3.1 Controlador 3 Metodologia 3.1 Materiais utilizados 3.2 - Desenvolvimento 2

3.3 - Resultados 3.4 Análise de resultados 4 Conclusão 5 Referências Bibliográficas 6 Anexos 3

1 Introdução Neste trabalho, veremos o principio de funcionamento de termopares, os tipos, as especificações de cada um, onde são utilizados e como são aplicados. Veremos também quais as vantagem e restrições dos termopares quanto ao material utilizado em sua montagem, quanto ao seu custo, quanto a sua resistencia ao calor e outros fatores necessários para que os termopares seja um instrumento confiável e seguro para as aplicações que se fazem necessários. 4

2 Teoria 2.1 Definição de temperatura Temperatura é o grau de calor ou frio, representado em uma escala definida. Todas as substâncias acham-se constituídas por uma enorme quantidade de pequenas partículas, as moléculas, que se encontram em contínuo movimento. Quanto mais rápido o movimento das moléculas, mais quente se apresenta o corpo e quanto mais lento o movimento, mais frio se apresenta o corpo. Esta condição pose ser escrita como um potencial térmico ou como uma energia efetiva da substância. O grau de temperatura é o número dado a este atributo. A definição de qualquer grandeza deve começar pela definição de grandezas iguais. Após as noções que acabamos de dar sobre temperatura, é conveniente, em primeiro lugar, precisar as condições em que dois corpos terão a mesma temperatura, ou ainda, estarão em equilíbrio térmico. A observação corrente mostra que, estando um corpo quente e um frio em presença um do outro (em íntimo contato), o primeiro se resfria e o segundo se aquece, ou ainda, que a diferença de temperatura entre os dois corpos diminui com o tempo, como se houvesse tendência para a equalização das temperaturas. Podemos afirmar que a temperatura de um sistema é a propriedade que determina se um sistema está ou não em equilíbrio térmico com outros sistemas. Assim, a temperatura de todos os sistemas em equilíbrio térmico pode ser representada por um número estabelecido em uma escala empírica de temperatura. Baseados neste princípio são construídos os detectores de temperatura, os quais, em equilíbrio térmico com o meio ou com o corpo que se quer medir, fornecem a indicação da temperatura. 2.2 Sensores de temperatura Sensores de temperatura são transdutores que alteram uma ou mais de suas características físicas ao se equalizar com o meio a ser determinada a temperatura. A maioria dos sensores se utiliza a transmissão de calor por contato, para assimilar a energia do meio. Entre os instrumentos baseados nesse princípio, incluem-se os que utilizam: a) Alterações físicas: como volume, pressão, dilatação. b) Alterações elétricas: como resistência ôhmica, geração de f.e.m. Alguns instrumentos (pirômetros óticos e de radiação) utilizam a radiação emitida por um corpo. Neste caso, o elemento de medição assumirá uma temperatura diferente daquela do corpo cuja temperatura se deseja determinar, todavia uma proporcionalidade é mantida. 5

2.2.1 Tipos de sensores de temperatura Tabela 1 Sensores de temperatura Vamos abordar, a seguir, o princípio de funcionamento do sensor Termopar com o qual trabalharemos mais tarde. 2.3 Termopares 2.3.1 Teoria termoelétrica Dentre os mais de 100 elementos químicos existentes na natureza, cerca de setenta se distinguem por propriedades físico-químicas, apesar das diferenças físicas existentes entre si. Tais elementos são os metais. As mencionadas propriedades características se fazem notar principalmente, no estado sólido e são: densidade elevada(decorrente do arranjo muito compacto dos átomos); elevado poder refletor(de onde vém o brilho dito metálico); boa condutividade elétrica(essas 3 últimas propriedades de correntes da existência de elétrons livres em abundância). Observação Denominam-se elétrons livres, os elétrons que se distinguem pela grande mobilidade que exibem no interior e na superfície dos metais. São elétrons fracamente ligados aos átomos de origem, sendo que a própria agitação térmica natural da molécula, os desprende de suas órbitas atômicas. Estes elétrons livres constituem um verdadeiro gás eletrônico, que ocupa o espaço vazio entre os átomos. 6

Em nível elementar, admite-se uma teoria clássica que encontra conformação experimental satisfatória e que exporemos a seguir: metais são condutores eletrônicos, admite-se, em média, cada átomo contribua com um elétron livre (elétrons de condução, que migra de um átomo para outro, através do condutor). Seja dado um condutor homogêneo, em forma de fio, com secção transversal invariável S e comprimento L. Aplicando a este condutor uma tensão U, o campo elétrico E que se estabelece dentro dele tem intensidade E = U / I. Por efeito desse campo, os elétrons livres do condutor ficam sujeitos a forças que os impulsionam através do condutor. A força do campo que age em cada elétron é F = e. ou em valor absoluto: ( ) E e=carga do elétron U F = e. E = e. I Se os elétrons se movessem em amplo espaço vazio, eles adquiririam velocidade cada vez maior, no entanto, o espaço disponível é o interstício entre os átomos e estes espaço é exíguo, mesmo em confronto com as dimensões atômicas. Acompanhemos um elétron qualquer que acaba de ser librado por um átomo: ele é acelerado pelo campo e adquire energia cinética até chocar-se com outro átomo. Apresentam-se duas alternativas: o átomo captura o elétron e, possivelmente, libera outro; ou então, o átomo reflete o elétron. Em qualquer caso, o átomo retém grande parte da energia cinética do elétron e o processo recomeça: o elétron é acelerado pelo campo e no choque com outro átomo perde energia cinética. Como resultado desse processo, os elétrons livres não adquirem velocidades elevadas e a agitação térmica dos átomos aumenta se o condutor não ceder calor ao ambiente (efeito Joule). EFEITO VOLTA Consideremos dois corpos constituídos por isolantes distintos (1) e (2) e em contato um com o outro. Via de regra, substâncias diferentes manifestam diferentes afinidades por elétrons; isto explica a formação de uma dupla película elétrica na superfície de contato. Na figura 9, representamos o caso em que elétrons passam mais facilmente de (1) para (2) do que de (2) para (1). A substância (1) cede elétrons à substância (2); junto à superfície de contato forma-se uma película positiva no meio (1), uma película elétrica negativa no meio (2). Estas películas originam um campo elétrico dirigido de (1) para (2); nos elétrons da região limítrofe deste campo exercem forças dirigidas de (2) para (1) e que terminam por sustar a transferência de elétrons de (1) para (2). Estabelece-se um estado de equilíbrio no qual a diferença de potencial entre os meios (1) e (2) é função do campo elétrico. Dentre dois isolantes opostos em contato, eletriza-se com carga positiva aquele que apresenta permitividade mais elevada; liberta elétrons com maior facilidade o isolante mais polarizável. A tensão de contato é U12=V1 V2 entre os corpos (1) e (2), e é U21 = V2 - V1 entre os corpos (2) e(1); portanto U12 = - U21. De modo geral, concluímos: salvo exceções, quando se põem em contato corpos distintos quaisquer (isolantes, metais, eletrólitos), surge entre eles uma diferença de potencial, o efeito é chamado efeito Volta(1793). 7

Fig 1 - Dupla película elétrica na junção de duas substâncias diferentes. Fenômeno análogo se constata. Quando os corpos em contato são condutores de eletricidade Fig 2 Tensão de contato. O ferro cede elétrons ao cobre; surge assim uma dupla película de cargas que confere potencial mais elevado ao ferro. Tensão de Contato é também chamada tensão de Volta ou tensão voltaíca, depende da natureza das substâncias em contato e da temperatura dos mesmos. A tensão de contato entre dois metais é grandemente influenciada por impurezas. EFEITO THOMSON A figura abaixo mostra a seção de um cilindro por um plano que passa pelo seu eixo.s1 e S2 são intersecções de seções transversais com o plano que passa pelo eixo do cilindro. Aquecendo-se a seção S1 até a temperatura T1 e resfriando-se a seção S2 até a temperatura T2 < T1, cria-se um fluxo de calor de S1 para S2 devido à diferença de temperaturas T2 - T1. O fluxo é na direção da temperatura decrescente:dt/dx< 0. Este fluxo de calor dá-se em parte por condução térmica, e, em parte, devido ao movimento de elétrons livres. Fig 3 - Seção de um cilindro por um plano que passa pelo seu eixo No início do fenômeno, o número de elétrons que atravessa uma secção genérica S da esquerda para a direita é maior do que o número dos que atravessam no sentido contrário. Verifica-se, efetivamente, que o extremo S2 fica carregado negativamente em conseqüência do excesso de elétrons, ao passo que o extremo S1 fica com carga positiva, em conseqüência da falta de elétrons. Surgem assim, um campo elétrico È*e uma diferença de potencial (V1 - V2) de origem termo-elétrica. Esse fenômeno recebe o nome de Efeito Thomson. O campo elétrico É* e a diferença de potencial V1 -V2 crescem até que o campo, que se opõe à difusão de elétrons de S1 para S2, seja suficientemente intenso para que a corrente de difusão se anule. Quando isto ocorre, tem-se estabelecido um campo 8

V1 V2 eletrostático E = sendo L a distância entre S1 e S2. A origem deste campo L está na diferença de temperatura e se mantém, às custas do calor empregado em se manter constantes T1 e T2 com corrente elétrica nula. Este exemplo mostra como a energia do movimento de agitação térmica dos elétrons e dos átomos do cristal metálico pode ser transformado em energia elétrica, criando-se uma f.e.m. termoelétrica associada ao efeito Thomson. 2.3.2 Definição do termopar O aquecimento da junção de dois metais gera o aparecimento de uma força eletromotriz (f.e.m.).este princípio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilização de termopares para a medição de temperatura. Fig 4 - Circuito termoelétrico de Seebeck Um termopar consiste de dois condutores metálicos, de natureza distinta, na forma de metais puros ou de ligas homogêneas. Os fios são soldados em um extremo ao qual se dá o nome de junta quente ou junta de medição. A outra extremidade dos fios é levada ao instrumento de medição de f.e.m., fechando um circuito elétrico por onde flui a corrente. O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam ao instrumento de medição é chamado de junta fria ou de referência. Nas aplicações práticas o termopar apresenta-se normalmente conforme a figura Fig 5 - Configuração de um termopar em aplicação prática. O sinal de f.e.m. gerado pelo gradiente de temperatura( T) existente entre as juntas quente e fria, será de um modo geral indicado, registrado ou transmitido. 2.3.3 Efeitos termoelétricos 9

Quando dois metais ou semicondutores dissimilares são conectados e as junções mantidas a diferentes temperaturas, três fenômenos o correm simultaneamente: o efeito Seebeck, o efeito Peltier e o efeito Thomson. Esses três efeitos termoelétricos são descritos em função de três coeficientes: o coeficiente de Seebeck, o coeficiente π, de Peltier e o coeficiente δ de Thomson, sendo que cada um deles é definido em razão de um meio condutor homogêneo e temperatura constante. Entretanto, escolhe-se o coeficiente de Seebeck como referência fundamental para a medição comparativa dos outros dois coeficientes π e δ. A aplicação científica e tecnológica dos efeitos termoelétricos (e, v, s ) é muito importante e sua utilização no futuro é cada vez mais promissora. Os estudos das propriedades termoelétricas dos semicondutores e dos metais levam, na prática, à aplicação dos processos de medições na geração dê energia elétrica (bateria solar) e na produção de calor e frio. O controle de temperatura feito por pares termoelétricos é uma das importantes aplicações do efeito Seebeck. Atualmente, busca-se o aproveitamento industrial do efeito Peltier, em grande escala, para obtenção de calor ou frio no processo de climatização ambiente. 2.3.3.1. Efeito termoelétrico de Seebeck O fenômeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJ. Seebeck quando ele notou que em um circuito fechado (figura 6), formado por dois condutores diferentes A e B. ocorre uma circulação de corrente enquanto existir uma diferença de temperatura T entre as suas junções. Denominamos a junção mais quente (a temperatura T) de junção de teste, e a outra (a Tr) de junção de referência. A existência de uma f.e.m. térmica εab no circuito é conhecida como efeito Seebeck. Quando a temperatura da junção de referência é mantida constante, verifica-se que a seja térmica é uma função da temperatura T da junção de teste. Este fato permite utilizar um par termoelétrico como um termômetro. Fig. 6 - Circuito termoelétrico de Seebeck O efeito Seebeck se produz pelo fato de que a densidade dos transportadores de carga (elétrons em um metal) difere de um condutor para o outro e depende da temperatura. Quando dois condutores diferentes são conectados para formar duas junções e estas são mantidas a diferentes temperaturas, a difusão dos transportadores de carga nas junções se produz a ritmos diferentes. Tem origem um movimento dos transportadores de carga como se fossem impulsionados por um campo não eletrostático. A integral curvilínea deste campo ao longo do par termoelétrico é a f.e.m. de Seebeck. Para o valor dado de Tr, εab é uma função de T. Se Tr é variada para um outro valor constante, εab e T é a mesma exceto por uma constante aditiva. Deduz-se, 10

d.ε. A. B portanto, que o valor de é independente de Tr, e depende somente da dt d.ε. A. B natureza de A, B e T. A derivada, para qualquer valor de Tr, se denomina dt potência termoelétrica do termopar. Convencionou-se dizer que o metal "A" é positivo em relação a "B", se a corrente I fluir de "A" para "B" na junta de menor temperatura isto é, T é maior que Tr. Baseado nesse efeito, podemos construir um gráfico que representa a variação da f.e.m. com a temperatura, considerando Tr=0ºC. Fig.7- Curva f.e.m. x temperatura. Definimos o "coeficiente de Seebeck" como a variação de diferença de potencial por unidade de variação de temperatura para uma corrente elétrica nula: ( dε ) T ε =. I = 0 dt Logo: εab= ( ε. A ε. B). dt 2.3.3.2 Efeito termoelétrico de Peltier Tr Em 1834 Peltier descobriu que, dado um par termoelétrico com ambas as junções à mesma temperatura, se, mediante uma bateria exterior, produz-se uma corrente no termopar, as temperaturas das junções variam em uma quantidade não inteiramente devida ao efeito joule. Está variação adicional de temperatura é o efeito Peltier. O efeito Peltier produz-se tanto pela corrente proporcionada por uma bateria exterior como pelo próprio par termoelétrico. A quantidade de calor Peltier produzida por unidade de tempo e proporcional à primeira potência da intensidade da corrente, ou seja, é igual a π I. A grandeza π é chamada de coeficiente Peltier. O coeficiente Peltier depende da temperatura e dos metais que formam uma junção, sendo independente da temperatura da outra junção. Portanto o coeficiente Peltier fica sendo: πab = T (εa - εb) Fig.8-Efeito Peltier O calor Peltier é reversível. Quando se inverte o sentido da corrente, permanecendo constante o seu valor, o calor Peltier é o mesmo, porém de sentido 11

oposto.os pares termoelétricos não se mostram adequados para extrair calor utilizando o efeito Peltier, pelo fato de que a diferença entre os coeficientes Seebeck é muito pequena. Para produzir cubos de gelo, T teria que estar aproximadamente a 270 K. Utilizando uma corrente de cerca de 20A, e uns 10 pares termoelétricos em série, poderíamos obter uma corrente de calor Peltier igual a: Q = π l (calor Peltier) Q = 270 K(εA-εB) X 20 X 10 Se as termojunções fossem de cobre e ferro, ε cu - ε fe = 13,7µ V/grau e Q seria somente 0,74 W. Em 1838, Lens experimentou termopares de Sb e Bi, com ε Sb - ε Bi = 109µ V/grau e conseguiu converter uma gota d'água em gelo. As grandes correntes necessárias à enorme quantidade de condução de calor e à grande dissipação de calor por efeito Joule eram a causa de uma eficiência muito baixa, de modo que, durante mais de um século depois do experimento de Lens, não apareceram no mercado frigoríficos comerciais do tipo Peltier. O maior avanço tecnológico ocorreu quando da descoberta de compostos semicondutores que demonstram possuir grandes coeficientes Seebeck, boa condutividade elétrica e má condutividade térmica. Em semicondutores tipo "n", a passagem da corrente elétrica provoca uma absorção de energia (resfriamento) na extremidade negativa e uma liberação de energia (aquecimento) na extremidade positiva. O resultado seria oposto em semicondutores do tipo "p". Assim, um par termoelétrico de Bi 2 Te 3 tipo "p", unido a Bi 2 Te 3 tipo "n", tem um valor de ε A - ε B = 423 µ V/grau, de modo que, com uma corrente de 20A, 10 pares a 270 K originam uma corrente calorífica Peltier de 23 W. Estes valores tornam um refrigerador Peltier economicamente viável. Tais refrigeradores são largamente utilizados em sistemas portáteis que necessitem operar em locais remotos e em equipamentos militares. Na figura 9 temos um refrigerador Peltier esquematizado. Fig. 9 - Diagrama esquemático de um refrigerador termoelétrico. 2.3.3.3. Efeito termoelétrico de Thomson Em 1854, Thomson concluiu, através das leis da termodinâmica que a condução de calor, ao longo dos fios metálicos de um par termoelétrico, que não transporta corrente, origina uma distribuição uniforme de temperatura em cada fio. Quando existe corrente, modifica-se em cada fio a distribuição de temperatura em 12

uma quantidade não inteiramente devida ao efeito Joule. Essa variação adicional na distribuição da temperatura denomina-se efeito Thomson. A quantidade de calor Thomson, produzida por unidade de tempo em uma pequena região de um fio metálico, que transporta uma corrente l e suporta uma diferença de temperaturas dt, é igual a δ l dt, sendo δ chamado coeficiente Thomson. O coeficiente Thomson depende do metal de que é feito o fio e da temperatura média da pequena região considerada. Em certos metais há absorção de calor, quando uma corrente elétrica flui da parte fria para a parte quente do metal e que há geração de calor quando se inverte o sentido da corrente. Em outros metais ocorre o oposto deste efeito, isto é, há liberação de calor quando uma corrente elétrica flui da parte quente para a parte fria do metal. Conclui-se que, com a circulação de corrente ao longo de um fio condutor, a distribuição de temperatura neste condutor se modificará, tanto pelo calor dissipado por efeito Joule, como pelo efeito Thomson. Considerando-se um ponto do fio que se encontra à temperatura T, o coeficiente Thomson é dado por: Tdε δ = dt Finalmente podemos escrever as equações dos três efeitos termoelétricos: Efeito Seebeck T εab= ( ε. A ε. B). Tr Efeito Peltier πab = T (εa - εb) Efeito Thomson dt δa - δb= - T dt d (εa-εb) Observe-se que todos eles são expressos em função da diferença entre os dois coeficientes de Seebeck, de modo que, se ε A e ε B são conhecidos como π.a.b funções de T, então, pode-se obter εab por integração, diretamente e T ( δ. A δ.b) por derivação. T 2.3.4. - CORRELAÇÃO DA F.EM. EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA Visto que a f.e.m. gerada em um termopar depende da composição química dos condutores e da diferença de temperatura entre as juntas, isto é, a cada grau de variação de temperatura, podemos observar uma variação da f.e.m. gerada pelo termopar, podemos, portanto, construir uma tabela de correlação entre temperatura e a Iam, por uma questão prática padronizou-se o levantamento destas curvas com a junta de referência à temperatura de 0 C. Essas tabelas foram padronizadas por diversas normas internacionais e levantadas de acordo com a Escala Prática Internacional de Temperaturas de 1968 (IPTS-68), para os termopares mais utilizados. 13

A partir dessas tabelas podemos construir um gráfico conforme a Figura 10, onde está relacionado a milivoltagem gerada em função da temperatura, para os termopares segundo a norma ISA, com a junta de referência a 0ºC. A relação da f.e.m. "E" versus a temperatura T é usualmente aproximada através de uma equação do tipo: E = A + BT + CT 2 +... Onde A, B, C..., são constantes a serem determinadas experimentalmente. Se a junta de referência está a 0 C, então A = 0. Podemos notar então que esta expressão não é linear. Fig. 21 - Gráfico da variação da f.e.m em função da temperatura, para vários termopares. 2.3.4.1.- Interpolação matemática da curva do termopar Apresentamos a seguir a equação matemática do termopar tipo J segundo a norma JIS (Japanese Industrial Standard). - Range de temperatura -270 C a 760 C E 7 = j = 1 a j T j Onde: a O = O a 1 = 5.037275302 x 10 a 2 = 3.0425491284 x 10-2 a 3 = -6.5669750464 x 10-5 a 4 = 1.3348825735 x 10-7 a 5 = -1.7022405966 x 10-10 a 6 = 1.9416091001 x 10-13 a 7 = -9.6391894859 x 10-17 14

3.5.2. Potência termoelétrica É a relação que expressa a quantidade do milivoltagem, gerada a cada grau celsius de variação de temperatura. A expressão matemática que define a potência termoelétrica é: Pt =mv/ºc Como a milivoltagem gerada por 1 C de variação é um número muito pequeno e como a variação da f.e.m. gerada em função da temperatura não é linear, é usual definir-se a potência termoelétrica média no intervalo de utilização de cada termopar e multiplicar-se este valor por 100 C. Fig. 11 - Como vemos no gráfico, T1 = T2, mas como a curva não é linear a PT1 PT2. A potência termoelétrica é uma grandeza útil na caracterização e comparação de termopares. 2.3.5 Tipos e características dos termopares Existem várias combinações de dois metais condutores operando como termopares. As combinações de fios devem possuir uma relação razoavelmente linear entre temperatura e f.e.m.; devem desenvolver uma f.e.m. por grau de mudança de temperatura, que seja detectável pelos equipamentos normais de medição. Foram desenvolvidas diversas combinações de pares de Ligas Metálicas, desde os mais corriqueiros de uso industrial, até os mais sofisticados para uso especial ou restrito a laboratório. Essas combinações foram feitas de modo a se obter uma alta potência termoelétrica, aliando-se ainda as melhores características como homogeneidade dos fios e resistência à corrosão, na faixa de utilização, assim cada tipo de termopar tem uma faixa de temperatura ideal de trabalho, que deve ser respeitada, para que se tenha a maior vida útil do mesmo. Podemos dividir os termopares em três grupos, a saber: Termopares Básicos Termopares Nobres 15

Termopares Especiais 2.3.5.1 Termopares básicos São assim chamados os termopares de maior uso industrial, em que os 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 Copper-Constantan - Liga: (+) Cobre - (99,9%) (-) Constantan - São as ligas de Cu-Ni compreendidos no intervalo entre Cu50 e Cu65 Ni35. A composição mais utilizada para este tipo de temopar é de Cu58 Ni42. - Identificação da polaridade: o positivo (cobre) é avermelhado. - Características: - Faixa de utilização: -184 a 370 C - f.e.m. produzida: -5,333 a 19,027mV - Potência termoelétrica média: 5,14mV/100 C (para temperaturas positivas) - Pode ser utilizado em atmosferas a vácuo, inerte, oxidante ou redutora. -Apresenta boa precisão na faixa de utilização, devido à grande homogeneidade do cobre. - Em temperaturas acima de 310 C o cobre começa a se oxidar e próximo de 400 C, oxida-se rapidamente. - Com certas precauções e devidamente aferido, pode ser utilizado a -262 C -Aplicações: Criometria(baixas temperaturas), Indústrias de Refrigeração, Pesquisas Agronômicas e Ambientais, Química e Petroquímica. TIPO J - Nomenclatura: J - Adotada pela Norma ANSI IC - Adotada pela Norma JIS Fe-Co Iron-Constantan - Liga (+) Ferro - (99,5%) (-) Constantan - Cu58 Ni42, normalmente se produz o ferro e a partir de sua característica casa-se o constantan adequado. - Identificação da polaridade: o positivo (ferro) é magnético, o negativo não é magnético. - Características: - Faixa de utilização: 0 a 760 C - f.e.m. produzida: 0 a 42,922mV - Potência termoelétrica média 5,65mV/100 C - Pode ser utilizado em atmosferas a vácuo, inertes, oxidantes ou redutoras. - Baixo custo relativo, sendo assim é um dos mais utilizados industrialmente. 16

- Tem baixa homogeneidade, devido à dificuldade de obtenção do ferro com alto teor de pureza. - Indicado para serviços contínuos até 760 C em atmosfera neutra ou redutora - Limite máximo de utilização em atmosfera oxidante de 760 C, devido à rápida oxidação do ferro. - Utilizar tubo de proteção acima de 480 C. - Pode ser utilizado, ocasionalmente, para temperaturas abaixo de 0 C, porém, a possível ferrugem ou quebra do ferro, sob esta condição, o tomam inadequado. - Aplicação: Centrais de Energia, Metalúrgica, Química Petroquímica Indústrias em geral. TIPO E - Nomenclatura: E - Adotada pela Norma ANSI CE - Adotada pela Norma JIS NiCr-Co - Liga (+) Chromel Ni 90 Cr 10 (-) Constantan Cu 58 Ni 42 - Identificação da polaridade: o positivo (Chromel) é mais duro. - Características: - Faixa de utilização: 0 a 870 C - f.e.m produzida: 0 a 66,473m V - Potência Termoelétrica média 7,64mV/100 C - Pode ser utilizado em atmosferas a vácuo, inertes e oxidantes. - Possui a maior potência termoelétrica dos termopares mais utilizados. - Em temperaturas abaixo de 0 C os fios não sofrem corrosão, podendo, assim ser utilizado em temperaturas abaixo de 0 C. - E utilizado em termopilha e em pirômetro de radiação. - Possui alta estabilidade na f.e.m. (durabilidade) devido à sua resistência á oxidação. - Vulnerável à atmosfera redutora. - Aplicações: Química e Petroquímica. TIPO K - Nomenclaturas: K - Adotada pela Norma ANSI CA - Adotada pela Norma JIS NiCr-Ni - Adotada pela Norma DIN -Liga: (+) Chromel Ni 90 Cr 10 (-) Alumel Ni 95,4 Mn 1,8 Si 1,6 Al 1,2 -Identificação da Polaridade: o negativo (alumel) é levemente magnético, o positivo não é magnético. -Características: - Faixa de utilização: 0 a 1260 C. - f.e.m. Produzida 0 a 50,990mV. - Potência Termoelétrica média: 4,05mV/100 C. - Pode ser utilizado em atmosferas inertes e oxidantes. 17

-Em altas temperaturas (entre 800 a 1200 C) é mais resistente mecanicamente, do que os tipos S e R, tendo uma vida útil superior ao tipo J. - Vulnerável em atmosferas redutoras e sulfurosas, com gases como SO 2 e H 2 S, requerendo substancial proteção quando utilizado nestas condições. - Sua mais importante aplicação ocorre na faixa de 700 a 1260. - Pode ser utilizado, ocasionalmente, para temperaturas abaixo de 0 C. - Aplicações: Metalúrgicas, Siderúrgicas, Fundição, Usina de Cimento e Cal, Vidros, Cerâmica, indústrias em geral. 2.3.5.2 Termopares Nobres São aqueles que os 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 termopares. TIPO "S" - Nomenclaturas: S - Adotada pela Norma ANSI Pt Rh 10%-Pt - Liga: (+) Platina Rhodio 10% (-) Platina 100% - Identificação da polaridade: o positivo (Pt 90 R h10 ) é mais duro. - Características: - Faixa de utilização: 0 a 1480 C - f.e.m. produzida: 0 a 15,336mV - Potência termoelétrica média: 1,04mV/100 C - Pode ser utilizado em atmosferas inertes e oxidantes. - Apresenta boa precisão em altas temperaturas. - Define a Escala Internacional Prática de Temperatura/IPTS na faixa de 630,74 (ponto de fusão do antimônio) a 1064,43 9 C (ponto de fusão do ouro), sendo adotado como padrão nesta faixa - Utilizado como padrão na calibração de outros termopares. - Foi desenvolvido em 1886 por Le Chatelier. - Usado em medidas de alta precisão. - Não devem ser utilizados em atmosfera redutora, requerendo substancial proteção quando aplicado neste tipo de ambiente. - Para altas temperaturas (± 1300 ), devem ser utilizados isoladores e tubos protetores de alta alumina (tipo 710). - Não deve ser utilizado em temperaturas abaixo de 0 C, pois sua curva de f.e.m. x Temperatura varia irregularmente. - Depois de submetido a altas temperaturas (acima 1480 C), para ser utilizado novamente, deve ser aferido. - Com o uso próximo de seu limite de aplicação, a platina pura apresenta crescimento de grão acentuado, tomando-se quebradiça e isto pode tomar a vida útil do termopar curta quando aplicado em processos sujeitos a esforços mecânicos (vibração). -Aplicações: Siderúrgica, Fundição, Metalúrgica, Usina de Cimento, Cerâmica Vidro e Pesquisa Científica. 18

É utilizado em "Sensores Descartáveis" na faixa de 1200 a 1768, para medição de temperatura de metais líquidos em Siderúrgicas e Fundições. TIPO R - Nomenclaturas: R - Adotada pela Norma ANSI PtRh13%-Pt - Liga: (+) Platina 87% Rhodio 13% (-) Platina 100% - Identificação da Polaridade: o positivo (Pt 87 Rh 13 ) é mais duro. -Características: - Faixa de utilização: 0 a 1480 C - f.e.m. produzida: 0 a 17,163mV - Potência termoelétrica média 1,16mV/100 C -Possui as mesmas características gerais do tipo S, porém tem uso industrial menor que este. - Possui uma potência termoelétrica cerca de 11% maior que o tipo S. - É um tipo recente, surgido a cerca de 40 anos atrás, devido à necessidade de se adaptar a alguns instrumentos que apresentavam erros da ordem de 20%. - Aplicações: As mesmas do tipo "S". TIPO B - Nomenclaturas: B - Adotada pela Norma ANS! - Couple 18 (termopar 18): Na Alemanha - Pt Rh 30 - Pt Rh 6 - Liga (+) Platina 70% Rhodio 30% (-) Platina 94% Rhodio 6% - Identificação da Polaridade: o positivo (Pt 70 Rh 30 ) é mais duro. -Características: - Faixa de utilização: 870 a 1705 C - f.e.m. produzida: 3,708 a 12,485mV -Potência termoelétrica média 1,05mV/100 C -Pode ser utilizado em atmosferas inertes, oxidantes e por curto período de tempo em vácuo. -É utilizado em medidas constantes de temperaturas elevadas (acima de 1400 C). -Apresenta melhor estabilidade na f.e.m. e resistência mecânica, do que os tipos "S" e "R" a temperaturas elevadas. -Não necessita de compensação da junta de referência, se a temperatura desta não exceder a 50 C. -Não necessita de cabo de compensação se à temperatura de seus terminais não exceder a 100 C. -Não pode ser utilizado em temperatura inferior a 100 C. -Deve-se utilizar isoladores e tubos protetores de alta alumina (tipo 710). -Aplicações: Vidro, Siderúrgica, alta temperatura em geral. 19

2.3.5.2 Novos tipos de termopares 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 às condições de processo onde os termopares básicos não podem ser utilizados. Tungstênio Rhênio Tungstênio/Tungstênio 26% Rhênio Tungstênio 3% Rhênio/Tungstênio 25% Rhênio Tungstênio 5% Rhênio/Tungstênio 26% Rhênio Destes, o primeiro é o mais barato, porém o "braço" de Tungstênio puro está sujeito a tomar-se quebradiço. Esses termopares podem ser usados continuamente até 2300 C e por curto período até 2750 C no vácuo, na presença de hidrogênio puro ou gás inerte. A ASTM (American Society for Testing and Materials) tem publicado padrões para os termopares 3/25 e 5/26 com uma tolerância de ± 1%. Isolacão de BeO ou ThO 2 tem sido recomendada para estes termopares, embora alguma reação possa ocorrer entre os fios e a isolação no limite superior à temperatura de utilização. Irídio 40% Rhodio/Irídio Termopares feitos a partir de proporções variáveis destes dois elementos. São os únicos que podem ser usados sem proteção no ar até 2000 C embora, somente por períodos limitados. Podem ser usados no vácuo ou atmosfera inerte. Os fios tomam-se quebradiços e frágeis devido ao crescimento dos grãos após longo período de exposição a altas temperaturas. Platina - 40% Rhodio/Platina 20% Rhodio Esses termopares são utilizados em substituição ao tipo B onde temperaturas um pouco mais elevadas t são requeridas. Podem ser usados continuamente até 1600 C e por curto período até 1800 C ou 1850 C. Ouro - Ferro/Chromel Estes termopares são desenvolvidos para trabalhar em temperaturas criogênicas e podem ser usados até -272,15, porém o coeficiente de Seebeck, dε/dt, sofre uma redução abaixo de -268,15 C, o qual é o limite mais realístico. Tabelas de referência têm sido publicadas pela NBS (National Bureau of Standards). Nicrosil/Nisil 20

Desenvolvido pelo Materials Research Laboratories do Departamento Australiano de Defesa, este termopar tem sido aceito e aprovado mundialmente, estando inclusive normalizado pela ASTM e NBS. Basicamente, este novo par termoelétrico é substituído para o par tipo k; apresentando uma força eletromotriz um pouco menor em relação ao tipo K (conforme NBS 161), maior estabilidade a altas temperaturas, menor drift x tempo, excelente resistência à oxidação e maior vida útil. Tabela 2- Tipos de termopares e faixa de temperatura usual Vantagens e restrições 2.3.6 Tipos de junta de medidas 2.3.6.1. - Classificação quanto à união dos fios A junta de medida de um termopar pode ser obtida por qualquer método que dê a solidez necessária e um bom contato elétrico entre os dois fios, sem alterar, contudo, as características termoelétricas, poderão estes serem torcidos um ao redor do outro, antes da solda (junta torcida), ou simplesmente, serem encostados um no outro, para serem soldados depois (junta de topo) figura12. Caso a temperatura a ser medida não ultrapasse 500 9 C, os termopares dos tipos J, K e T podem ser soldados com solda prata e fluxo de Borax. Quando a temperatura for exceder a 500 9 C e no caso de termopares de Platina, a solda deve ser feita a gás (chama neutra), resistência (caldeamento), TIG e arco Plasma. Na fabricação dos termopares tipos J, K e T deve-se, inicialmente, lixar cuidadosamente as pontas dos fios antes da solda Para os termopares nobres não 21

há necessidade de preparação de superfície, entretanto, deve-se tomar muito cuidado na manipulação dos fios, evitando a contaminação por óleo, suor, poeira. As características das juntas torcidas e de topo são: Características De Topo Torcida Resistência Mecânica menor maior Velocidade de Resposta maior menor Ponto de Medida Definido sim não Precisão maior menor OBS.: Existe, também, a junta por processo mecânico, que possuem boas características de resistência mecânica, velocidade de resposta, ponto de medida definido e precisão, porém, para sua fabricação, exige um anel de alta qualidade e alicate ainda importados. Fig 12 Junta de Topo e Junta Torcida 2.3.6.2. Classificação quanto à posição em relação á proteção Podemos, ainda, classificar a junta de medida, quanto à sua posição em relação a proteção metálica, sendo assim classificadas em três tipos: A)Junta Isolada Quando a junta de medida é isolada eletricamente do tubo de proteção. Este tipo é a mais utilizada nos processos industriais. Vantagem: A resistência de isolação pode ser testada antes e depois da instalação, diminue a possibilidade de interferência no circuito termoelétrico, evita erros devido à diferença de potencial de terra entre o termopar e o instrumento. Desvantagem: Tempo de resposta mais lento. B)Junta Aterrada Quando a junta de medida vem aterrada à proteção. Vantagem: Melhora o tempo de resposta Desvantagem: Permite a interferência de sinais no circuito termoelétrico. C)Junta Exposta Quando a junta de medição é exposta ao ambiente, isto é, a proteção não é fechada na extremidade. Vantagem: Melhor tempo de resposta do que a aterrada. 22

Desvantagem: Permite a interferência de sinais no circuito termoelétrico, além de deixar os fios expostos ao ambiente de processo. Como podemos ver, as alternativas quanto à junta de medição em relação à proteção, são para diminuir o tempo de resposta, porém, a velocidade de resposta do termopar, não depende somente deste, dependendo também das condições de processo, tais como: tipo de fluído, velocidade do fluido, capacidade térmica do fluido. Define-se como "constante de tempo", o tempo requerido para um termopar ler 63,2% de um degrau de temperatura O tempo total aproximado para um termopar responder a 100% de um degrau de temperatura, está em torno de 3 vezes a constante de tempo. 2.3.6.3. - Preparação e solda dos fios do Termopar Entre os diferentes sistemas utilizáveis para realizar um bom contato elétrico na extremidade quente de um termopar, a solda é a mais utilizada, porque assegura uma ligação perfeita dos fios por fusão dos metais. O único inconveniente da solda será alterar, eventualmente, os metais ou de os contaminar, se a chama não é perfeitamente regulada, criando heterogeneidade. Observando, todavia que se é exato que a solda pode causar heterogeneidades a precisão final do termopar não será afetada, desde que as heterogeneidades sejam mantidas constantemente em "zonas uniformes de temperatura". O torcimento aumenta ligeiramente o tempo de resposta do termopar, em razão a inércia do metal excedente mas, nos casos dos fios de grande diâmetro, ele terá a vantagem de manter os fios numa posição que reforça mecanicamente a solda Para realização, fazemos 3 a 4 espirais, tendo o cuidado de não danificar a superfície dos fios durante a torção e de manter entre os fios uma distância igual ao furo dos isoladores. Os termopares de ferro-constantan e chromel-alumel são soldados a arco, com eletrodo simples ou a gás, com maçarico de oxi-acetileno ou oxi-hidrogênio. Na solda ã arco, emprega-se apenas um eletrodo de grafite á própria junta fechando o circuito. A junta é, inicialmente, umidecida e coberta com pó de ácido bórico (cristais moídos). Um arco de pequena extensão é usado para fundir o fluxo de bórax, após o que o arco é alargado para cerca de 1/4 de extensão e o eletrodo é girado em tomo da junta para aquecer igualmente os dois metais. Como o ferro e o chromel têm pontos de fusão mais elevados que o constantan e o alumel, o arco deve ser iniciado sobre aqueles e o calor aplicado mais diretamente sobre os mesmos, de forma que ambos os metais atinjam, instantaneamente, a temperatura de fusão. Uma vez fundidos, os metais passam simultaneamente, ao estado líquido, formando uma gota arredondada ocasião em que o arco é interrompido. O fluxo de metal fundido deve ser mantido no mínimo, para manter uma gota perfeita, com diâmetro igual ou ligeiramente superior ao diâmetro combinado dos dois fios. O arco deve ser interrompido rapidamente, para evitar superaquecimento ou carborização da solda. A junta ainda quente é mergulhada em água para eliminar a camada vitrificada do fluxo de bórax. As soldas queimadas por excesso de calor caracterizam-se pela formação de bolhas superficiais e vazios internos, resultando em estrutura mecanicamente fraca. A robustez da solda pode ser testada aplicando-lhe uma pancada seca; se não estiver devidamente sólida, ela se trincará ou partirá completamente. 23

Para a solda de ferro-constantan é recomendável o uso de chama neutra, ao passo que o chromel-alumel requer chama ligeiramente oxidante. O processo de solda é o mesmo descrito, aplicando-se, inicialmente, o cone externo da chama para obter a fusão do fluxo de bórax; em seguida, a junta é exposta à extremidade do cone interno da chama, até obter-se a fusão simultânea dos metais. Os termopares de platina são soldados, de preferência, com arco de duplo eletrodo, ou então, com solda a gás oxi-hidrogênio. Nenhum fluxo é utilizado na solda de termopares de platina. O arco deve ser o menor possível, cerca de 1/8", aplicado sobre a extremidade dos fios, de maneira a produzir o mínimo fluxo dos metais, resultando em uma solda pequena, bem arredondada No caso de solda a gás, a chama deverá ser obrigatoriamente oxidante(platina - rhodio/platina absorvem gases da atmosfera redutora, em temperaturas elevadas, contaminando-se rapidamente). A figura abaixo ilustra diferentes tipos de chama obtidos no maçarico. Fig 13 - Chama para solda 2.3.7- Acessórios dos termopares, características e aplicações Tão importante quanto a especificação correta do termopar é também a escolha dos acessórios que compõem o mesmo. Assim sendo, estudaremos estes a seguir. 2.3.7.1- Isolador A função destes é isolar, eletricamente, o par e resistir a altas temperaturas. Os isoladores são feitos normalmente de cerâmica e, no caso dos termopares básicos, é utilizado um mineral à base de sílica (SiO2). Já para os termopares nobres recomendam-se isoladores de alumina (Al2O3), Outra característica importante destes materiais é que eles não devem desprender, a alta temperatura, substâncias voláteis que ataquem quimicamente o par. Nos termopares de isolação mineral, o material utilizado como isolante é o óxido de magnésio (MgO), altamente compactado. 24

2.3.7.2 Blocos de ligação A função é interligar o termopar ao cabo de extensão ou compensação e prender o termopar ao cabeçote. A base é feita normalmente de cerâmica isolante e os terminais, de latão niquelado. Apresentam diversas formas e tamanhos que são estabelecidos pelo tipo de termopar e cabeçotes utilizados. 2.3.7.3 Tubos de proteção A função deste é proteger os termopares do ambiente de trabalho, pois, na maioria das aplicações, o ambiente do processo agride o termopar e, caso fosse aplicado sem proteção, teria uma vida útil muito reduzida. Na especificação da proteção devem ser levadas em consideração todas as condições de uso, tais como: temperatura, resistência mecânica, corrosão, tipo de fluido e velocidade de resposta. Metálicos São feitos de metais, fechados em uma extremidade através de caldeamento ou soldagem e normalmente rosqueados na outra extremidade, para adaptação ao cabeçote. Existem vários tipos, sendo os mais utilizados os de ½ Nom. (21,3 x 15,8 mm) e ¾ Nom. (26,7 x 20,9 mm). Cerâmicos São utilizados em processos que envolvem temperatura superior a 1200 C, portanto, na maioria dos casos, são utilizados para proteger os termopares nobres. 2.3.8 Fios e cabos de extensão e compensação 2.3.8.1 Considerações gerais Na maioria das aplicações industriais de medição dê temperatura, através de termopares, o elemento sensor não se encontra junto ao instrumento receptor. Nessas condições, toma-se necessário que o instrumento seja ligado ao termopar através de fios que possuam uma curva de força eletromotriz em função da temperatura similar àquela do termopar, a fim de que no instrumento, possa ser efetuada a correção da junta de referência. Em síntese, fios e cabos de extensão e compensação nada mais são que outros termopares cuja função é compensar a f.e.m. ocasionada pela diferença de temperatura entre o cabeçote e o registrador. 2.3.8.2 Definições A) Convenciona-se chamar de fios aqueles condutores constituídos por um eixo sólido e de cabos aqueles formados por um feixe de condutores de bitola menor, formando um condutor flexível. B) Chamam-se fios e cabos de extensão aqueles fabricados com as mesmas ligas dos termopares a que se destinam. Exemplo: Tipo TX, JX, EX, KX. C) Chamam-se fios e cabos de compensação aqueles fabricados com ligas diferentes das dos termopares a que se destinam, porém fornecem à 25

temperatura especificada para sua utilização uma curva de f.e.m. em função da temperatura equivalente à destes termopares. Exemplo: Tipo WX, SX, BX. 2.3.8.3 - Faixa de utilização e limites de erro Os fios e cabos de extensão e compensação são recomendados, na maioria dos casos, para utilização desde a temperatura ambiente até um limite máximo de 200ºC. Os limites de erro para os fios de extensão e compensação, segundo norma americana ANSI MC-96.1 de 1975 são indicados nas Tabelas 3 e 4. Tabela 3 Faixa de utilização e limite de erro para fios ou cabos de extensão Tabela 4 Faixa de utilização e limite de erro para fios ou cabos de compensação Notas: *Os fios ou cabos WX e VX, para termopar tipo K, foram excluídos da norma ANSI MC-96.1 de 1975 **Devido à não linearidade das curvas f.e.m. x temperatura dos termopares tipo S, R e B, o erro introduzido no sistema de um termopar pelo fio de compensação será variável quando expresso em graus, portanto, os limites de erros são baseados nas seguintes temperaturas das juntas de medição: Fio ou cabo de compensação tipo: Temperatura da junta de medição: SX Maior que 870ºC Bx Menor que 1000ºC *** Utilizável a 100ºC com o Maximo de erro indicado, porem o erro é insignificante para utilização na faixa de 0 a 50ºC 2.3.8.4 - Isolação dos fios e cabos de extensão Normalmente os fios e cabos de extensão e compensação são fabricados nas bitolas 16,18 e 20 AWG, e a variação existente entre os mesmos diferem, principalmente quanto à isolação dos condutores. Devido à grande variedade de aplicações, estes podem ser fornecidos com diversos tipos de isolação. A Tabela 5 indica os tipos de isolação comumente utilizados. 26

Tabela 5 Características das isolações 2.3.8.5 - Códigos de cores para fios e cabos de extensão e compensação Para facilitar a identificação do tipo e da polaridade dos condutores, cada norma convencionou as cores das isolações. A tabela a seguir indica a codificação de cores utilizada, segundo as normas americana e alemã. Tabela 6 Código de cores para fios e cabos de extensão e compensação 2.3.8.6 - Ligação dos fios e cabos de extensão e compensação Para visualizar melhor a importância dos fios e cabos de extensão e compensação, daremos dois exemplos, sendo que no primeiro será utilizado cabo de extensão e no segundo será utilizado cabo de cobre comum. 27

Exemplo 1 - Ligação de um termopar com cabo de extensão. Fig 14 Ligação de um termopar com cabo de extensão 2.3.9 - Recomendações para seleção dos termopares A escolha de um termopar para um determinado serviço deve ser feita considerando-se todas as características e normas exigidas pelo processo, tais como: a) Faixa de temperatura - A faixa de temperatura do termopar deve ser compatível com a do processo. b) Precisão - Escolher o termopar que melhor atende a precisão requerida pelo processo ou por normas aplicáveis. c) Potência termoelétríca - Escolher o termopar que apresente maior potência termoelétrica na faixa de temperatura do processo, no qual será aplicado. d) Condições de trabalho - Analisar as condições de trabalho como exigências mecânicas e atmosfera do processo, para especificar convenientemente o material da proteção. e) Velocidade de resposta - Em certos processos, a velocidade de resposta é importante; portanto, nesses casos, deve-se dimensionar adequadamente o termopar para atender este item. f) Custo - Deve-se escolher o termopar que atenda todas as exigências técnicas requeridas e apresente o menor custo relativo. A fabricação de termopares requer técnicas especiais; portanto, se o equipamento e a habilidade requerida para fabricação dos mesmos não forem adequados, é recomendado que o usuário compre os termopares prontos, pois técnicas impróprias podem resultar em erros significativos na medição de temperatura. Os fios para confecção termopares são comprados de preferência em pares, para assegurar a precisão dentro dos limites de erros normalizados. É essencial que o termopar tenha a mesma calibração que o instrumento com o qual será usado. Para os termopares tipos S, R e B, recomenda-se que o 28

isolante seja de óxido de alumina e em uma só peça em todo o seu comprimento, conseguindo-se assim um conjunto adequado a minimizar o "cansaço do fio de metal nobre. A proteção é utilizada na maioria das instalações dos termopares para prevenir a contaminação destes, a proteção mecânica e a sustentação. O diâmetro da proteção deve ser adequado para acomodar o elemento do termopar; entretanto, proteções com diâmetros maiores são necessários para aumentar a resistência mecânica, permitir a introdução de um termopar de checagem e manter uma atmosfera oxidante dentro do tubo de proteção para utilização dos termopares tipo "K" e "E". - 2.3.10 - Ruído em termopares Em Plantas de Processo, a ação de campos elétricos e magnéticos e as diferenças de Potencial de Terra, introduzem distúrbios ou sinais espúrios (ilegítimos) nos pares transdutores de sinal que, sobrepostos ao sinal verdadeiro, tendem a degradar a informação. O ruído pode não ser um problema em sistemas convencionais de instrumentação, suavizado que é pela inércia da pena e a constante de tempo do amplificador associado com a unidade receptora. Sistemas de aquisição de dados ou computadorizados requerem o uso de vários hardwares ou técnicas de software para filtrar suas entradas de informação. Estas técnicas combatem, de diferentes maneiras, o ruído ra introduzido na linha de sinal. E muito melhor, entretanto, limitar a quantidade de ruído que pode se infiltrar na linha. Um modo de se conseguir este objetivo é através do uso de Transmissores de Sinal como elemento primário para carregar a linha com um sinal CC de alto nível. Nas plantas onde um grande número de transdutores de baixo nível estiver envolvido é rnais econômico implementar a proporção de sinal sobre ruído através de ajustes e ligações adequadas. A torção nos pares de sinal tem sido reconhecida como a mais efetiva solução para reduzir o ruído causado por interferência de campos magnéticos. Mesmo que a blindagem seja considerada um meio cabível para a redução do ruído de linha cruzada, é preferível prover a separação entre sinais de baixo nível e outros tipos de sinais analógicos CA ou CC pulsantes. Algumas sugestões são dadas abaixo para resumir os arranjos possíveis a serem seguidos, para que se faça uma instalação correta; - Cabos de sinal de baixo nível devem correr em bandejas ou conduítes separados. - As bandejas para cabo de sinal de baixo nível devem proporcionar o máximo possível de proteção. - A distância mínima entre bandejas ou conduítes que levem cabos de sinal de baixo nível e outras bandejas ou conduítes que estejam levando condutores de força (CA ou CC) devem ser como na tabela 7. Carga nominal da Linha de Energia Separação mínima entre Linha de Energia e Linha de Medida 125 V, 10 A 30 cm 250 V, 50 A 45 cm 440 V, 200 A 60 cm 5 kv,800 A 120 cm Tabela 7 Separação mínima entre as linhas de medição e as de condução de energia 29