Termopares ou Termoelementos Básicos

Termopares ou Termoelementos 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” Nomenclatura: T – Adotado pela Norma ANSI

– Faixa de utilização: -60 a 370°C
– F.E.M. produzida: -5,333 a 19,027mV

TIPO “J” Nomenclatura: J – Adotada pela Norma ANSI

– Faixa de utilização: 0 a 800°C
– F.E.M. produzida: 0 a 42,922mV

TIPO “E” Nomenclatura: E – Adotada pela Norma ANSI

– Faixa de utilização: 0 a 810°C
– F.E.M. produzida: 0 a 66,473mV

TIPO “K” Nomenclatura: K – Adotada pela Norma ANSI

– Faixa de utilização: 0 a 1260°C
– F.E.M. Produzida: 0 a 50,990mV

Termopares Tipos Funcionamento Modelos

Termopares Tipos Funcionamento Modelos, 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.

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.

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.

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.

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%

Termopar Especial ou novos tipos de termopares Tipos Funcionamento Modelos

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 B_e 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

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.

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 Termopares Tipos Funcionamento Modelos

Conceitos, definições, norma ou boas práticas de engenharia que são importantes para que possamos ter o perfeito entendimento e aplicar na prática.

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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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