Medição de Temperatura

Medições de temperatura

• Vibração das moléculas da matéria.

• Anders Celsius, astrônomo e físico sueco.

• Grande importância para o desenvolvimento técnico da sociedade.

Termômetros de dilatação

• Graduam expansão volumétrica de um líquido.

• Vt = Vo.( 1 + b. ΔѲ)

• Bulbos de vidro

Área médica

Área alimentícia

MeteorologiaIndustria

Termômetros de dilatação

• Bulbos metálicos

• Vantagens

• Líquidos mais usados para ambos os casos: Mercúrio, Tolueno, Álcool e Acetona.

• Restrição quanto ao mercúrio.

Aquecimento, ventilação e ar-condicionado (HVAC)

TERMÔMETROS À PRESSÃO DE GÁS

• O volume do conjunto é constante e preenchido com um gás a alta pressão.

• P1 /T1= P2 /T2

• Gás Hélio

Indústrias petroquímicas

Papel / celulose

TERMÔMETROS À DILATAÇÃO DE SÓLIDOS

• Duas laminas de metais com coeficientes de dilatação diferentes sobrepostas• Invar (aço com 64% Fe e 36% Ni)

Panela de cervejaria Processamento de

carnes

Laboratórios

Medição de temperatura com termopar

Os termopares são os sensores de temperatura preferidos nas aplicações industriais, seja pela sua robustez, seja pela simplicidade de operação. Entretanto, para que as medições de temperatura com termopar sejam significativas e confiáveis, é fundamental conhecer não somente os princípios básicos de operação, como também as condições que o usuário deve proporcionar para que esses princípios sejam válidos.

Termopar

O 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.

Princípio de funcionamento

A outra extremidade dos fios é levada ao instrumento de medição da f.e.m. ( força eletromotriz ), 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 aquecimento da junção dos dois metais gera o aparecimento de uma f.e.m.. Este princípio conhecido por efeito Seebeck propicia a utilização de termopares para a medição de temperatura. O sinal de f.e.m. gerado pelo gradiente de temperatura ( DT ) existente entre as juntas quente e fria, será de um modo geral indicado, registrado ou transmitido, obtendo se assim a medição da temperatura.

Termopares padronizados de metal base (K, J, N, E,T);

Termopares padronizados de metal nobre (R, S , B);

Termopares não definidos por letras, que são termopares especiais utilizados em condições extremas.

A distinção entre “base” e “nobre” é que metais nobres contêm platina e metais base contêm níquel.

Tipos de Termopares

• Fios nus ou com isoladores ou capilares cerâmicos;

Exemplos de Termopares

• Tubo liso, com rosca ou flange para conexão ao processo, com tubo de proteção metálica e cabeçote;

• Com rabicho, cabeçote, bloco de ligação ou conector.

Existe uma variedade de meios em que o termopar pode ser incorporado como um sensor capaz de medir temperatura de um sistema físico. Alguns detalhes da sua instalação são fundamentais para garantir a correta indicação da temperatura:

a) É necessário garantir que a junção de medição esteja numa condição isotérmica, daí a importância de imergir o termopar a uma profundidade adequada (grosseiramente entre 5 e 15 vezes seu diâmetro externo – incluindo as proteções).

Modelo de medição

b) Pelo fato de o transdutor responder a um gradiente de temperatura, ele deve ser conectado a dois sistemas físicos em duas temperaturas diferentes.

c) A junção de referência deve ser isotérmica para propiciar uma temperatura conhecida e para auxiliar na obtenção de uma interface do sinal, que isola o sensor da instrumentação.

A maior limitação de um termopar, é a exatidão, uma vez que erros inferiores a 1°C são difíceis de obter.

RADIAÇÃO TÉRMICA

A emissão de calor por um corpo aquecido ocorre via radiação eletromagnética. Esta radiação emitida em um largo espectro contínuo de frequências, principalmente na região do infravermelho (que é responsável pela sensação de calor), mas com intensidade variável, que atinge um máximo em um determinado comprimento de onda.

PIRÔMETROSPirômetros são sensores de temperatura que utilizam como informação a radiação eletromagnética emitida por um corpo, cuja intensidade está relacionada à temperatura e ao comprimento de onda. Diferentemente de outros sensores, estes não necessitam de contato direto com o corpo a ser medido, e podem ser divididos em duas classes:- Pirômetros ópticos (atuam dentro do espectro

visível);- Pirômetros de radiação ( do visível ao

infravermelho).

PIRÔMETRO ÓPTICO

A energia radiante é medida por comparação fotométrica da claridade relativa de um objeto de temperatura desconhecida com uma fonte de brilho padrão, como um filamento de tungstênio.

Considerações na utilização do Pirômetro Óptico:

- Os limites normais de utilização estão entre 750 °C e 2850 °C podendo chegar por meio de filtros ópticos a 5500 °C. - As medidas independem da distância entre a fonte e aparelho; - Em uso industrial, consegue-se uma precisão com erro de até ± 2%; - Possível diminuição de precisão devido a partículas em suspensão no meio e medição, causando assim uma diminuição da intensidade da luz proveniente da fonte.

RADIÔMETRO OU PIRÔMETRO DE RADIAÇÃO

A radiação é coletada por um arranjo óptico fixo e dirigida a um detector do tipo termopilha ou do tipo semicondutor, onde gera um sinal elétrico no caso da termopilha ou altera o sinal elétrico no caso do semicondutor.

APLICAÇÕES- Onde as temperaturas estão acima da faixa de operação prática dos termopares; - Em atmosfera prejudicial aos pares termoelétricos, causando medidas falsas; - Interior de fornalhas a vácuo ou pressão;- Objetos em movimento;- Em locais onde os termopares não podem ser instalados devido a vibrações, choques mecânicos etc.

Áreas de aplicação:

Fornos - Zonas de combustão, aquecedores;Combustão ou Incinerador - caldeiras de gases quentes, fornos rotatórios;Conservação de energia - pesquisas de fluxo calor, mapeamento térmico;Ambiental - pesquisas meteorológicas, biológicas, e agrícolas, leituras aéreas remotas, temperaturas de superfícies do solo, água e gelo;Alimentos - cozimento, processamento de balas/chocolate, enlatamento, congelamento, fritar, misturar, empacotamento, torrefação;Fornalhas- chamas, tubos de caldeiras, crackers catalíticos;Vidro- extrusão, fabricação de lâmpadas, embalagens, tubos de televisão, fibras;Manutenção - eletrodomésticos, mancais, sobrecargas de corrente elétrica, cabos elétricos, detecção de vazamentos térmicos;Metais (ferrosos e não ferrosos) - temperados, extrusão de tarugos, soldaduras, carbonização, fundição, forjamento, tratamento térmico, aquecimento indutivo, laminação, sinterização;Controle de Qualidade- impressão de painéis de circuitos, soldas, juntas universais, metrologia, etc.

Verificação da temperatura de componentes de subestações e indústrias.

Verificação de temperatura de caldeiras, circuitos elétricos, etc.

Detecção de focos de incêndio (até mesmo sob o solo).

O mesmo princípio de funcionamento é utilizado para confecção de equipamentos bélico e de caça.

Precisão na medição da temperatura no vazamento de metal líquido

A temperatura é um dos parâmetros de processo mais importantes no processo de fundição. Monitorar e controlar a temperatura do metal líquido é essencial para obter peças fundidas que apresentem as propriedades físicas desejadas.

Devido ao lapso de tempo entre uma medição por imersão e o instante em que um molde é preenchido, uma fundição não terá qualquer prova da temperatura exata em que o metal foi vazado. 

VANTAGENS:

Um pirômetro não tem peças sujeitas a desgaste, portanto, uma fundição não incorrerá em quaisquer custos operacionais para peças de reposição descartáveis. A temperatura do ferro fundido é medida num ponto crucial para o processo de fundição (exatamente quando o metal é vazado dentro do molde).

As funções do pirômetro são independentes, e deste modo a precisão dos dados de temperatura não está sujeita à percepção ou a precisão do empregado na realização da medição.