Associação de termopares ligação em paralelo

Associação de termopares ligação em paralelo

Para uma melhor adaptação de termopares aos processos industriais e para atender os objetivos de diversos tipos de medição, costuma-se utilizar de associação de termopares, em série ou em paralelo, cada qual com suas finalidades específicas.

Associação em paralelo

Para medirmos a temperatura média ao longo de um grande duto, em grandes fornos ou equipamentos onde a medida pontual não é significativa, podemos usar os termopares, ligando certo número deles em paralelo.

milivoltagem no instrumento ou no ponto de conexão em paralelo é a média daquela produzida pelo número de termopares utilizados. Esta voltagem é igual à soma das voltagens individuais, dividida pelo número de termopares ou é a mesma milivoltagem que poderia ser gerada por um único termopar, na temperatura média.

As ligações em paralelo dos termopares para medidas de temperatura média, é vantajosa, isto porque a calibração do instrumento pode ser a mesma para um único termopar.

Para se obter temperaturas médias reais, as características de temperatura versus f.e.m. dos termopares devem ser lineares, através das faixas de temperaturas envolvidas, devendo o instrumento operar dentro do princípio de equilíbrio nulo, onde não existe fluxo de corrente na ocasião da medida.

Ligação em paralelo dos termopares.

Um pouco de teoria sobre associação de geradores em paralelo:

“Isso se faz necessário pois certa vez, ministrando um curso de pirômetria fui questionado que na configuração de geradores em paralelo não podemos considerar a fórmula acima, da média da FEM. Vamos entender o motivo que foi adotado tal condição, com a teoria sobre associação de geradores em paralelo”.

Exemplo com termo pilhas

Associamos pilhas em paralelo quando for preciso aumentar a capacidade de corrente. Existe uma restrição. Só geradores com mesma FEM podem ser associados em paralelo. A FEM do gerador equivalente será igual à dos geradores da associação, enquanto a resistência interna será obtida associando-se em paralelo as resistências dos geradores da associação, isto é:

E equivalente = E1 =E2=E

Analisando o circuito

Pretendemos mostrar que essa associação pode ser representada por um único gerador, dito gerador equivalente, com sua particular f.e.m.(Eeq.) e resistência interna (req.). Note-se que a d.d.p. a ser mantida por esse gerador equivalente (Uab) é igual à que é mantida por qualquer dos elementos da associação e que a intensidade de corrente total (i) com que esse gerador ‘alimenta’ o circuito externo (não representado acima) é soma das intensidades de correntes mantidas pelos elementos associados (i = i1 + i2 + … + in). Aliás, esse “ganho” de intensidade de corrente no circuito externo é a propriedade que mais se destaca nesse tipo de associação.

Tal propriedade é importante, e continua válida até para a corrente de curto circuito da associação, de modo que, como primeira lei da associação podemos escrever:

” A corrente de curto circuito do gerador equivalente é igual à soma das correntes de curto circuito dos geradores associados”.

segunda lei da associação, será:

“A condutância do gerador equivalente é a soma das condutâncias dos geradores associados”. 

A equação típica dos geradores lineares, a saber, Uab = E – r.i , continua a ser válida para cada gerador particular da associação, de modo que podemos escrever:

e como i = i1 + i2 + … + in , substituindo, teremos:

Sem dúvida, com algum trabalho algébrico, poderemos isolar da expressão acima a d.d.p. entre os pontos a e b e assim identificar a expressão da f.e.m. equivalente e a da resistência internaequivalente do gerador equivalente. Todavia, tal expressão geral, não nos dará nenhum ‘visual’ ilustrativo da questão, assim, vamos nos ater a apenas dois geradores associados, visando a simplificação:

Para esse caso particular, teremos:

da qual, isolando-se Uab teremos:

onde identificamos:

Concluindo: Na associação de termopares em paralelo:


A resistência dos termopares podem variar de acordo com o tipo ou do comprimento dos mesmos, e a condição de média se tomarmos vários termopares em paralelo do mesmo tipo e do mesmo comprimentos, podemos considerar a resistências deles como sendo semelhantes:
Exemplo de 2 termopares tipo “K” em paralelo:

26,179 mV = 630°C (veja tabela
31,379 mV = 754°C (veja tabela

E eq. = (0,026179 V x 10 Ohm) + (0,031379 V x 10 Ohm)/ 20 ohms = 28,779 mV

E eq. = (26,179 mV) + (31,379 mV)/ 2 = 28,779 mV

Normalmente a resistência dos termopares podem variar de 7 Ohms à 12 Ohms e é claro, isso irá depender do comprimento que estamos utilizando. Para efeito de cálculo tomamos esses valores.

Vamos supor 4 termopares tipo K em paralelo:

E eq. = (0,026179 V x 10 Ohm) + (0,031379 V x 10 Ohm) + (0,033521 V x 10 Ohm) + (0,034053 V x 10 Ohm)/ 40 ohms = 31,283 mV

E eq. = (26,179 mV) + (31,379 mV) + (33,521 mV) + (34,053 mV)/ 4 = 31,283 mV

Termopares Tipos Funcionamento Modelos

Associação de termopares ligação em paralelo, e o significado da TERMOMETRIA

Termometria significa “Medição de Temperatura”. Eventualmente o termo Pirometria é também aplicado com o mesmo significado, porém, baseando-se na etimologia das palavras, podemos definir:

a) PIROMETRIA – Medição de altas temperaturas, na faixa onde os efeitos de radiação térmica passam a se manifestar.

b) CRIOMETRIA – Medição de baixas temperaturas, ou seja, aquelas próximas ao zero absoluto de temperatura.

c) TERMOMETRIA – Termo mais abrangente que incluiria tanto a Pirometria, como a Criometria que seriam casos particulares de medição.

Definição de Temperatura – Definição muito importante para entender os termopares

O grau de agitação térmica das moléculas.

Temperatura é o grau de calor ou frio, e assim representado por uma escala definida. Todas as substâncias acham se constituídas por uma enorme quantidade de pequenas partículas, as moléculas, que se encontram em contínuo movimento. Sem dúvida a grandeza temperatura é uma das mais importantes medidas controladas na industrias.

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Equilíbrio Térmico, um fenômeno que permitiu a utilização dos sensores de temperatura

A importância do equilíbrio térmico na medição de temperatura com sensores de contato sejam eles termopares, termoresistências, Bimetálicos, entre outros.

Definição de 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.

Definição de Termopar - Esquema elétrico de um termopar
Assista o vídeo e saiba como funciona um termopar

Como Funciona um Termopar?

O termopar é formado pela junção de dois fios de ligas metálicas diferentes entre si. Na sua junção, em uma das suas extremidades chamamos de junta quente e na junção onde ligamos o aparelho ou cabo de compensação/ extensão é chamada de junta fria. A sua junta quente quando submetida a uma fonte de calor ou energia (positiva ou negativa) faz com que seja gerada uma milivoltagem que é proporcional a sua junta fria, Efeito este chamado de Seebeck.

Termopares Tipo K CrAl com bloco de ligação e bornes de ligação em latão niquelado
Termopares com bloco cerâmico de ligação

Tipos e Características dos Termopares

Existem várias combinações de 2 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.

Conheça os principais Tipos de Termopares atualmente utilizados pela Industria

Podemos dividir os termopares em três grupos, a saber:

Termopares Básicos, os Termopares Nobres e os Termopares Especiais

Sao 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.

Termopar Básico – Tipos e Funcionamento

São assim chamados os termopares de maior uso industrial, em que os fios são de custo relativamente baixo e/ou sua aplicação admite um limite de erro maior.

“CuCo” Nomenclatura: T – Adotado pela Norma ANSI
“FeCo” Nomenclatura: J – Adotada pela Norma ANSI
“CrCo” Nomenclatura: E – Adotada pela Norma ANSI
“CrAl” Nomenclatura: K – Adotada pela Norma ANSI
“Nicrosil Nisil” Nomenclatura: N – Adotada pela Norma ANSI

Termopar Nobre – Tipos e Funcionamento

Os 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.

“S” Nomenclatura adotada Norma ANSI PtPtRh10%

“R” Nomenclatura adotada Norma ANSI PtPtRh13%

“B” Nomenclatura adotada Norma ANSI PtRh30%PtRh6%

Termopares cerâmicos e os principais tipos de proteção cerâmica
Termopares Cerâmicos e os tipos de Proteções cerâmicas existentes

Termopar Especial ou novos tipos de termopares e Associação de termopares ligação em paralelo

Ao longo dos anos, os tipos de termopares produzidos oferecem, cada qual, uma característica especial porém apresentam restrições de aplicação, que assim precisam ser consideradas.    

Novos tipos de termopares foram desenvolvidos para atender às condições de processo onde os termopares básicos não podem ser utilizados.

Tungstênio ‑ Rênio
Tungstênio/ Tungstênio 26% Rênio
Tungstênio 3% Rênio/ Tungstênio 25% Rênio
Tungstênio 5% Rênio/ Tungstênio 26% Rênio

Destes, o primeiro é o mais barato, porém o “braço” de Tungstênio puro está sujeito a tornar‑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 a 5/26 com uma tolerância de ± 1%. Isolação de Be O ou Th02 tem sido recomendada pare estes termopares, embora alguma reação posse ocorrer entre os fios e a isolação no limite superior à temperatura de utilização.

Irídio 40°% Ródio/ 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 tornam‑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 temperatures um pouco mais elevadas são requeridas. Podem ser usado 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 mas também podem ser usados até  ‑272, 15°C, porém o coeficiente de Seebeck,” dЄ / 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

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. Hoje, acima de tudo é considerado o mais importante termopar para temperaturas até 1150°C.

Basicamente, este novo par termoelétrico é um substituto para o par tipo K; apresentando uma força eletromotriz um pouco menor em relação ao tipo K (conforme NBS 161), maior estabilidade a altas temperatures, menor drift x tempo, excelente resistência à oxidação e maior vida útil.

Atualmente este termopar já compõe a lista de termopares básico, e assim considerado o mais importante em medições de temperatura até 1150°C, largamente utilizado em aplicações na indústria devido a sua excelente estabilidade e resistência a corrosão.

Tipos de Juntas de medição dos termopares

Conheça os Tipos de Junta de medição dos Termopares

Podemos, ainda, classificar a junta de medida dos termopares, quanto a sua posição em relação à proteção metálica, sendo assim classificadas em três tipos:

a) Junta Isolada nos Termopares

Quando a junta de medida é isolada eletricamente do tubo de proteção. Este tipo é a mais utilizada nos processos industriais. Quando não temos a certeza de que junta usar a junta isolada é uma alternativa a ser considerada pois evita a propagação de ruídos de linha ao sensor.

b) Junta Aterrada nos Termopares

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 nos Termopares

Quando a junta de medição exposta ao ambiente, isto é, a proteção não é fechada na extremidade. Sem dúvida a mais importante opção para resposta rápida em sensores de temperatura.

Vantagem: Melhor tempo de resposta do que a aterrada.

Desvantagem: Permite a interferência de sinais no circuito termoelétrico, além de deixar os fios expostos ao ambiente de processo.

Junta Exposta de Termopares - Aumentar o tempo de resposta
Junta Exposta de Termopares – Aumentar o tempo de resposta

Como podemos ver, as alternativas quanto a junta de medição em relação à proteção, são para diminuir o tempo de resposta, mas a velocidade de resposta do termopar, não depende somente deste, dependendo também das condições de processo, tais como: tipo de fluído, velocidade do fluído, capacidade térmica do fluído. Define‑se como “constante de tempo”, o tempo requerido para um termopar ler 63,2% de um grau de temperatura. O tempo total aproximado para um termopar responder a 100% de um grau de temperatura, está em torno de 3 vezes a constante de tempo.

A importância da teoria e dos conceitos em Associação de termopares ligação em paralelo

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Termopares são fios metálicos necessariamente de materiais diferentes que quando soldados e aquecidos neste ponto, observa-se uma milivoltagem que se apresenta de modo proporcional a temperatura, e assim são elementos que se assemelham a termo pilhas.

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