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CONTROLE OP. & INSTRUMENTAÇÃO TEMPERATURA Prof. Arnaldo I. T. Consultant I. A. I. Consultant.

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1 CONTROLE OP. & INSTRUMENTAÇÃO TEMPERATURA Prof. Arnaldo I. T. Consultant I. A. I. Consultant

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3 CIÊNCIAdosSENSORES

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5 Temperaturacomo Variável de Processo

6 MedirControlarSupervisionarVariáveis Medir, Controlar & Supervisionar as Variáveis Físico-QuímicasEventos Op.Processos Físico-Químicas em Eventos Op. de Processos Produtivos IndustriaisobterGarantias Produtivos Industriais é obter todas Garantias TécnicasProdutosAltos Técnicas necessárias de Produtos com Altos Níveis de QualidademelhoresCondições Níveis de Qualidade, com melhores Condições de RendimentoCustos compatíveis de Rendimento possíveis, a Custos compatíveis RealidadesEmpresa Produtorasem com as Realidades da Empresa Produtora sem deixar de atenderExigências Comerciais deixar de atender as Exigências Comerciais do Mercado Consumidor ; próprio Mercado Consumidor ; SetoresMercado Industrial Nos diversos Setores do Mercado Industrial a Monitoração FuncionalTemperatura Monitoração Funcional da Temperatura é FundamentalobtençãoProdutos Fundamental para a obtenção dos Produtos & Sub-Produtosde acordo Sub-Produtos especificados de acordo com as Normatizações TécnicasComerciais ; suas Normatizações Técnicas & Comerciais ;

7 TermometriaMedir Temperaturas Termometria (Medir Temperaturas) pode ser, confundidaPirometria eventualmente, confundida com Pirometria que aplicadasignificado parecido porém: é aplicada com significado parecido, porém : PirometriaMediçãoAltas TemperaturasPirometria - Medição de Altas Temperaturas, faixaEfeitos da Radiação Térmica na faixa aonde Efeitos da Radiação Térmica manifestamProcessos Op. ; se manifestam dentro dos Processos Op. ; CriometriaMedirBaixas TemperaturasCriometria - Medir Baixas Temperaturas próximasZero AbsolutoTemperatura ; próximas ao Zero Absoluto da Temperatura ; TermometriaTermo mais abrangenteTermometria - Termo mais abrangente que incluiPirometriaCriometriacasos inclui Pirometria & Criometria que são casos particularesMedição de Temperatura ; particulares da Medição de Temperatura ;

8 Temperatura é diferente de Calor ! ! ! # CalorForma de EnergiaTemperatura # Calor é uma Forma de Energia & Temperatura Grandeza Física Fundamental; é uma Grandeza Física Fundamental ; # CaloradicionadoretiradoCorpo # Calor adicionado ou retirado de um Corpo alteraTemperatura; altera fundamentalmente sua Temperatura ; #CalortransformaSólidosLíquidos # Calor transforma Sólidos em Líquidos & estes VaporesGases; em Vapores ou Gases ; #Expansão FísicaCorposresultado # Expansão Física dos Corpos é tb. resultado Processos de Aquecimento; dos Processos de Aquecimento ; #Energia do Calortransformada # Energia do Calor pode ser transformada em Energia MecânicaProdução de Trabalho Energia Mecânica na Produção de Trabalho mais comumEnergia Mecânica porém, mais comum é que Energia Mecânica, ElétricaQuímicaTrabalhoproduzam Elétrica ou Química do Trabalho, produzam CalorAtritosPerdas; também Calor, por causa dos Atritos & Perdas ;

9 Frio Intensoobter Por intermédio do Frio Intenso pode-se tb. obter Mudanças de EstadoElementos Físicos Mudanças de Estado para os Elementos Físicos QuímicosProcessosLiofilização & Químicos, por Processos de Liofilização ( tb. CriodessecaçãoCongelamento conhecidos por Criodessecação, Congelamento à VácuoFreeze Drying Métodos à Vácuo ou Freeze Drying ) que são Métodos Desidratação Preservação Técnica de Desidratação usados na Preservação Técnica Alimentos PerecíveisMatérias Primas de Alimentos Perecíveis, Matérias Primas, Princípios AtivosVitaminasBactériasVírus Princípios Ativos, Vitaminas, Bactérias, Vírus, CongelamentoÁgua etc., onde após Congelamento, a Água & outros Solventes retiradosSublimação Solventes são retirados, através de Sublimação, SEMElementos SEM que os Elementos citados passem pelo Estado Líquidopreservando-se todas Estado Líquido, preservando-se, assim, todas Propriedades Produtos as Propriedades desejadas para estes Produtos ; em questão ;

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11 TEMPERATURA&CALOR TEMPERATURA & CALOR CorposSubstânciasGasesconstituídos Corpos, Substâncias & Gases são constituídos MoléculasÁtomosSub-partículas por Moléculas, Átomos & suas Sub-partículas Contínua Vibração que se encontram em Contínua Vibração & o mais rápidaAgitação Térmicamais quanto mais rápida tal Agitação Térmica, mais aquecidosElementos aquecidos tais Elementos se apresentam estejam Estados Físico-Químicos estes em quaisquer Estados Físico-Químicos, & Temperaturarelaciona-se diretamente Temperatura relaciona-se diretamente com tal Contexto Temperatura Contexto pois, na prática, Temperatura pode ser representadaEscalas Numéricas representada por Escalas Numéricas, onde quanto maiorValoresmaior quanto maior forem os Valores, maior será a Energia Cinética MédiaComponentes Energia Cinética Média de seus Componentes InternosformamEstrutura da Matéria Internos que formam a Estrutura da Matéria Elemento; do Elemento que está sendo analisado ;

12 Estrutura Atômica Clássica Modelo Atômico de Sommerfeld Divulgação Científica ( Divulgação Científica ) Órbitas Eletrônicas Elípticas Diagrama Esquemático Padrão para a Estrutura Atômicade um μ -Segmento Diagrama Esquemático Padrão para a Estrutura Atômica de um μ -Segmento deMaterial Condutor Elétricoaonde de Material Condutor Elétrico, aonde são demonstrados os possíveis Deslocamentos Eletrônicos desordenados típicos de um Material em Repouso ( típicos de um Material em Repouso ) elétronNúcleo Prótons &Nêutrons

13 Estrutura Atômica Quântica Modelagem Sub-Atômica Gell-Mann / Zweig Modelo Atômico Atual que reúne os Conhecimentos da Teoria Quântica, incluindo os Conceitos relativos às Interações Fortes (Cromodinâmica Quântica) com a Teoria Unificada relacionada às Interações Fracas & às Forças Eletromagnéticas Padrão Atual de Modelo Atômico 1964 / 1968

14 Estrutura Atômica Quântica Estruturas Atômicas Matéria MoléculasEstruturas Moleculares MAPACONCEITUA L

15 Energia TérmicaMeiosSomatória Energia Térmica dos Meios passa a ser Somatória das Energias CinéticasComponentes Internos Energias Cinéticas de seus Componentes Internos & dependerTemperatura além de depender da Temperatura, considera também MassasTipos de Elementos Análises ; suas Massas & os Tipos de Elementos sob Análises ; CalorForma de Energia em trânsitotransferida Calor é uma Forma de Energia em trânsito transferida MeiosDiferenças de Temperatura: pelos Meios em virtude de Diferenças de Temperatura : Condução : Processo de Transferência de EnergiaCondução : Processo de Transferência de Energia Térmica através dos Elementos Componentes de um Meio Sólido, Líquido ou Gasoso, SEM Transporte de Matéria, com a Energia Térmica se propagando por Contato Direto sempre das Regiões da Matéria sob Temperaturas mais Altas em direção Áreas do Temperaturas mais Altas em direção às Áreas do Material sob Temperaturas mais baixas ;

16 Radiação : Processo de Transferência de EnergiaRadiação : Processo de Transferência de Energia Térmica através dos Elementos Componentes de um Meio Sólido, Líquido ou GasosoCalorflui Meio Sólido, Líquido ou Gasoso aonde o Calor flui de Materialmais aquecidooutromenos quente um Material mais aquecido para outro menos quente, Materiaisseparados fisicamente estando estes Materiais separados fisicamente, mesmo Situação de Vácuo ; que sob Situação de Vácuo ; Convecção : Processo de Transferência de EnergiaConvecção : Processo de Transferência de Energia Térmica através dos Elementos Componentes de um Meio Sólido, Líquido ou Gasoso Ações Meio Sólido, Líquido ou Gasoso aonde existem Ações CombinadasCondução de CalorArmazenamento Combinadas da Condução de Calor, Armazenamento de EnergiaMovimento FísicoMateriais de Energia & Movimento Físico dos Materiais que estão principalmenteSólidos em relação LíquidosGases ; envolvidos, principalmente entre Sólidos em relação a Líquidos &/ou Gases ;

17 TemperaturaPropriedade da Energiadeve ser medidaEfeitosEnergia Calorífica MaterialEfeitos diferentes Materiais diferentesExpansão TermalElementosTipo do Material possível obter-seTemperatura Materiais diferentescorretamente Calibrados;Temperatura é uma Propriedade da Energia & deve ser medida através dos Efeitos da Energia Calorífica em um Material, sendo estes Efeitos diferentes em Materiais diferentes, pois, por exemplo, a Expansão Termal dos Elementos dependerá do Tipo do Material analisado, mas é possível obter-se mesma Temperatura para Materiais diferentes, se eles forem corretamente Calibrados ; CalibraçõesProcessos ComparativosEfeitos causadosTipo de Energia 2 Materiais diferentes Referência TécnicaPropriedades Específicascertas Situações Op.C.N.T.P.;Calibrações são Processos Comparativos dos Efeitos causados por um Tipo de Energia quando analisados, pelo menos, 2 Materiais diferentes, sendo um deles Referência Técnica por possuir certa(s) Propriedade(s) Específica(s) sob certas Situações Op. (Ex: C.N.T.P.) ; Temperaturaaquecer Materiaisdeterminados Valores Marcações PadronizadasMateriais Referêncianão ter se expandido contraído tanto;No caso da Temperatura, propõem-se aquecer Materiais até determinados Valores, que possam ser repetidos & então, propõem-se Marcações Padronizadas em um dos Materiais, denominado de Referência, em função deste não ter se expandido ou contraído tanto fisicamente ;

18 Para melhor se expressar, mensurar & monitorar as Leis da Termodinâmica foi criada uma Escala Prática Internacional de Temperatura baseada em Fenômenos das Mudanças de Estados Físicos das Substâncias Puras, que ocorrem sempre em Condições Únicas de Temperatura & Pressão originando, assim, os chamados Pressão originando, assim, os chamados Pontos Fixos de Temperatura Padrão ( IPTS-48 ; IPTS-68 ; ITS-90 ;... ) ;

19 Ponto Triplo Fases Sólida Onde as Fases Sólida, LíquidaGasosa Líquida & Gasosa se encontram encontram em Perfeito Equilíbrio Perfeito Equilíbrio em Materiais Puros certos Materiais Puros

20 IPTS68

21 Temperatura Escalas Métricas Temperatura & suas Escalas Métricas Historicamente, com a criação das diversas Escalas Métricas Térmicas Escalas Métricas Térmicas, houve uma NecessidadeDefiniçãoCurvas Necessidade da Definição das Curvas de SensoresPontos vários Tipos de Sensores & seus Pontos Calibração Op. de Calibração Op. & isto foi alcançado por ReuniõesCongressos intermédio de Reuniões & Congressos Técnicos Técnicos desde 1889 até hoje, onde se ITS-90 Ref.International chegou à ITS-90 Ref. ( International Temperature Scale Temperature Scale ), sendo que as Escalasindustrialmente Escalas mais utilizadas industrialmente Controle de Processos para Controle de Processos são as CelsiusFahrenheitKelvin Celsius & Fahrenheit, com a Kelvin & a Rankine Rankine sendo mais empregadas para PesquisaDesenvolvimento Pesquisa & Desenvolvimento através de suas Aplicações a partir das Normas ANSI DIN Técnicas ANSI (EUA), DIN (Alemanha), JISBSUNI JIS (Japão), BS (Inglaterra), UNI (Itália), ISA ABNT ISA (EUA & Internacional), ABNT, etc...

22 Temperatura Escalas Métricas Temperatura & suas Escalas Métricas

23 PRINCIPAIS CONVERSÕES MÉTRICAS CELSIUS FAHRENHEIT °C / 5 = ( °F – 32 ) / 9 CELSIUS KELVIN K = 273,15 + °C F A H R E N H E I T R A N K I N E Ra = 459,67 + °F K E L V I N R A N K I N E K = ( R x 5 ) / 9

24 Ponto de EbuliçãoOxigênio Ponto de Ebulição do Oxigênio é -182,86°C. Temperatura:K°FR Obter tal Temperatura : a) K b) °F c) R °CK:90,29 K a) °C K : K = 273,15 + (-182,86) = 90,29 K °C°F:- 297,15° F b) °C °F : - 182,86 = °F-32 = - 297,15° F 5 9 °CR °CKR c) °C R ou °C K R : 162,52 R 90,29 = R x 5 = 162,52 R 9

25 Efetuar as seguintes Conversões :Efetuar as seguintes Conversões : a ) 200°C = ? Ra b ) 0°F = ? °C c ) 310 R = ? K d ) 34°F = ? K e ) 98°C = ? K f ) 587 K = ? °F g ) 471 K = ? °C h ) 874 °F = ? K i ) -41 °C = ? °F

26 A que Temperatura a Leitura fornecida pela EscalaA que Temperatura a Leitura fornecida pela Escala Fahrenheit é exatamente o Dobro daquela fornecida pela Escala Celsius ? Quanto isso seria em Rankine ? Imaginando nova Escala de Temperatura que atribuaImaginando nova Escala de Temperatura que atribua valor de -20° ao Ponto de Solidificação da Água & +230° ao Ponto de Ebulição. Quais leituras seriam obtidas se fossem medidos 20°C & 600°C ? Dois Termômetros, um graduado em Celsius & outroDois Termômetros, um graduado em Celsius & outro em Fahrenheit, forneceram mesma leitura para a Temperatura de um Gás. Determine esse valor. A Temperatura Média do Corpo humano é +36,5°C.A Temperatura Média do Corpo humano é +36,5°C. Determine o valor dessa Temperatura em Rankine. Em um deserto registrou-se a Temperatura de X °C.Em um deserto registrou-se a Temperatura de X °C. Com a Escala Fahrenheit, a Leitura foi 12 Unidades mais alta. Determine o valor desta Temperatura.

27 Celsius Fahrenheit °F = ( °C x 1,8 ) + 32 Celsius Kelvin K = °C + 273,15 Celsius Rankine Ra =°C x 1,8 ) + 32] + 459,67 Ra = [( °C x 1,8 ) + 32] + 459,67 Kelvin Celsius °C = K - 273,15 Kelvin Fahrenheit °F = ( K x 1,8 ) – 459,67 Kelvin Rankine Ra = K x 1,8 Fahrenheit Celsius °C = ( °F – 32 ) / 1,8 Fahrenheit Kelvin K = ( °F + 459,67 ) / 1,8 Fahrenheit Rankine Ra = °F + 459,67 Rankine Celsius °C = [( Ra – 32 ) – 459,67] / 1,8 Rankine Fahrenheit °F = Ra – 459,67 Rankine Kelvin K = Ra / 1,8

28 Equipamentos& Sensores de Termometria

29 Princípios Básicos de Operação para Tecnologia de Termometria Industrial ExpansãoElemento Físico-QuímicoExpansão do Elemento Físico-Químico, AlteraçõesComprimento provocando Alterações de Comprimento, VolumePressão; Volume ou Pressão ; AlteraçãoResistência Elétrica;Alteração da Resistência Elétrica ; IteraçãoPotenciais ElétricosIteração dos Potenciais Elétricos entre Elementos Físico-Químicos diferentes; Elementos Físico-Químicos diferentes ; AlteraçãoNíveisPotência Radiante;Alteração de Níveis da Potência Radiante ;

30 Metodologias Operacionais de Medição para Termometria Industrial 1º GrupoPor Contato Direto1º Grupo ( Por Contato Direto ) Termômetros à Dilatação :LíquidosSólidos Termômetros à Dilatação : Líquidos & Sólidos Termômetros à Pressão :LíquidosGasesVapores Termômetros à Pressão : Líquidos, Gases & Vapores Termômetros a Par Termoelétrico Termômetros à Resistência Elétrica 2º GrupoPor Contato Indireto2º Grupo ( Por Contato Indireto ) Pirômetros Ópticos Pirômetros Fotoelétricos Pirômetros de Radiação

31 Características Contato Direto Contato Indireto Condição Necessária para obter Medições Precisas # Contato com o Elemento ; # Praticamente não mudar Temperatura do Elemento em Contato com o Sensor ; Radiação do Elemento medido deve chegar sem maiores Problemas até o Dispositivo Sensor até o Dispositivo Sensor ContextosFuncionaisPráticosPossíveis # Difícil medir Temperatura de Objetos Pequenos pelas Variações causadas pelo contato com Elementos em Temperaturas diferentes ; # Difícil medir Elementos em Movimento ; # Não muda Temperatura do Elemento quando Sensor não está em Contato ; # Medição de Elementos em Movimentação ; # Medição da Temperatura de Superfícies ; # Dependente dos Níveis de Emissividade Térmica ; Faixa Op. Temperaturas < 1600 ºC Temperaturas Elevadas & Temp. < - 50 ºC Precisão Op. Geralmente ± 1% da Faixa Op. Geralmente Diferenciais de 3 a 10 ºC Tempo Resposta Geralmente Grande ( > 5 min. ) ( > 5 min. ) Geralmente Pequeno ( 0,3 ~ 3 seg. ) ( 0,3 ~ 3 seg. )

32 Termômetrospor Dilatação ou ExpansãoVolumétrica

33 Termômetros à Dilatação de Líquidos Lei da Expansão VolumétricaLíquidos Baseiam-se na Lei da Expansão Volumétrica de Líquidos ValoresTemperatura a partir de Valores de Temperatura que vão se sucedendo dentroRecipiente Hermeticamente Fechado: dentro de um Recipiente Hermeticamente Fechado : Vt = Vo.[ 1 +b1.(Dt) + b2.(Dt)2 + b3.(Dt)3 ] t°Ct = Temperatura do Líquido em °C VotoVo = Volume do Líquido à Temp. de Referência to Vt tVt = Volume do Líquido à Temperatura t b1b2b3°C¯¹b1, b2, b3 = Coeficientes de Expansão do Líquido °C¯¹ Dt ttoDt = t – to Linearizando : Na Prática, Linearizando a Expressão acima : Vt = Vo.( 1 + b. Dt ) Vt = Vo.( 1 + b. Dt )

34 Termômetros de Dilatação de Líquidos em Recipientes de Vidro Transparente Reservatório dimensões Sensibilidade Térmica Constituídos de um Reservatório, com dimensões que dependem da Sensibilidade Térmica desejada, soldadoTubo Capilar Seçãomais uniforme soldado a um Tubo Capilar cuja Seção deve ser a mais uniforme, fechadoParte Superior; sendo fechado na Parte Superior ; ReservatórioCapilar preenchidosLíquido Reservatório & parte do Capilar são preenchidos por um Líquido & em extremidadesCapilar Alargamentoprotege uma das extremidades do Capilar existe um Alargamento que protege TermômetroNíveis Térmicosultrapassarem o Termômetro no caso dos Níveis Térmicos ultrapassarem os seus Limites Máximos; Limites Máximos previstos ;

35 Princípio Funcional: Princípio Funcional : Expansão Volumétrica Líquidomaior Vidro CalorBulbo VidroLíquidoexpande mais rapidamente Bulbo;A Expansão Volumétrica do Líquido é maior que a do Vidro, assim, quando se aplica Calor no Bulbo de Vidro, Líquido se expande mais rapidamente que o próprio Bulbo ; DiferençaNíveis de Expansão Princípio da Capilaridade Líquidosubir Tubo CapilarVidro Menisco Bulbo;Diferença nos Níveis de Expansão aliada ao próprio Princípio da Capilaridade permite ao Líquido subir pelo Tubo Capilar de Vidro ( Menisco ) fixo ao Bulbo ; Líquidosmais usados Termômetro MercúrioTolueno ÁlcoolAcetona;Os Líquidos mais usados neste Tipo de Termômetro são o Mercúrio, Tolueno, Álcool & Acetona ; SUBSTÂNCIALÍQUIDAPONTODE SOLIDI SOLIDIFICAÇÃO [ ºc ] PONTO DE EBULIÇÃO [ ºc ] FAIXA Op. DEUSO [ ºc ] Mercúrio até Álcool Etílico até Tolueno até Termômetros de Dilatação de Líquidos em Recipientes de Vidro Transparente

36 Termômetros de Líquidos com Bulbo de Vidroempregados: Vidro podem ser empregados em : a) Compartimentos FechadosCobertos a) Compartimentos Fechados ou Cobertos, Situações Funcionais para àquelas Situações Funcionais nas quais LeiturasTemperatura Leituras de Temperatura ocorrerão no próprio Local de InstalaçãoSensores; Local de Instalação dos Sensores ; b)Situações Op. b) Para àquelas Situações Op. em puderem ser toleradasExatidõesaté 1%Escalas toleradas Exatidões de até 1% das Escalas de Medição Tempos de Resposta de Medição & onde os Tempos de Resposta consideravelmente LentosSEM poderão ser consideravelmente Lentos, SEM PrejuízosResultados Técnicos; quaisquer Prejuízos aos Resultados Técnicos ;

37 Termômetros de Líquidos em Bulbo de Vidro VidroCapilar Prismático AmareloMercúrioCapilar Redondo Líquido VermelhoAzul Protetor de LatãoAço InoxidávelCorpo HasteEscalas Características Físicas Op.: Construído em Vidro com Capilar Prismático Amarelo p/a Mercúrio & Capilar Redondo com Líquido Vermelho / Azul, opcionalmente com Protetor de Latão ou Aço Inoxidável, Corpo de 235 x 18 ± 20mm, Haste & Escalas solicitadas por Cliente, conf. as Características Físicas Op. :

38 Protetor de Termômetros em Bulbo de Vidro ProtetoresTermômetros LatãoAço Inoxidável Parte AtivaSensoresprotegidos mecanicamenteImpactos recomendadosInserçãoProcessos Produtivos IndustriaisAr Condicionado; Protetores para Termômetros são construídos em Latão ou Aço Inoxidável, permitindo que a Parte Ativa dos Sensores fique protegidos mecanicamente contra Impactos sendo recomendados para Inserção em Processos Produtivos Industriais & Ar Condicionado ;

39 Termômetros à Dilatação Volumétrica de Líquidos em Recipientes Metálicos Bulbo Metálicoligado Capilar Metálico Elemento Sensor Extensível; Um Bulbo Metálico ligado a um Capilar Metálico & até um Elemento Sensor que é Extensível ; Líquidopreencherá Instrumento VariaçãoTemperatura dilatarádeformando elasticamente Elemento Sensor; O Líquido preencherá todo o Instrumento & com a Variação da Temperatura se dilatará deformando elasticamente o próprio Elemento Sensor ; Relação Linear Valores de Temperatura Deformação Volumétrica; Relação Linear entre os Valores de Temperatura & Deformação Volumétrica ;

40 Termômetros à Dilatação Volumétrica de Líquidos em Recipientes Metálicos # Bulbo:Dimensões Físicas VariáveisTipos # Bulbo : Dimensões Físicas Variáveis conforme os Tipos de LíquidosprincipalmenteSensibilidade Op. de Líquidos & principalmente com a Sensibilidade Op. TermômetroAplicações; desejada para o Termômetro & suas Aplicações ; # Capilar :Dimensões VariáveisDiâmetro Interno # Capilar : Dimensões Variáveis, com Diâmetro Interno menor possívelevitarInfluências sendo menor possível, a fim de evitar as Influências da Temperatura Ambientenão oferecerResistências Temperatura Ambiente & não oferecer Resistências à PassagemLíquidoExpansão Volumétrica; Passagem do Líquido em Expansão Volumétrica ; # Elemento Sensor : Tubo de Bourdon # Elemento Sensor : Normalmente, um Tubo de Bourdon, Termômetrosaplicados sendo que Termômetros deste Tipo podem ser aplicados IndústriasIndicaçãoRegistroValores em Indústrias para Indicação & Registro dos Valores TérmicosEventosProcessos Produtivos; Térmicos em Eventos de Processos Produtivos ;

41 Líquido Faixa de Utilização Mercúrio - 35° a + 750° Xileno - 40° a + 400° Acetona - 80° a + 50° Tolueno - 80° a +100° Álcool - 80° a + 70° Tipos de Elementos de Medição : A. Tipo C B. Helicoidal C. Espiral TermômetrosdeDilataçãoVolumétrica

42 #MateriaisConfecçãoInstrumentos de # Materiais mais usados na Confecção destes Instrumentos de Medição Térmica Medição Térmica : Bronze Fosforoso, Cobre - Berílio, Aço Inox & Aço Carbono ; #Sistema de MediçãoLíquidoRecipiente # Este Sistema de Medição usa Líquido inserido em Recipiente DistânciasElemento Sensor & normalmente, como as Distâncias entre Elemento Sensor & Bulbo consideráveisexistirem Bulbo são consideráveis, fazendo com que, quando existirem VariaçõesTemperatura AmbienteafetemLíquido Variações na Temperatura Ambiente que afetem o Líquido BulboSistemaErros de Leitura no Bulbo ou todo Sistema, poderão haver Erros de Leitura a compensados2 Metodologias Técnicas: serem compensados através de 2 Metodologias Técnicas : Classe 1BCompensaçãosomenteSensorClasse 1B - Compensação somente no Sensor, através de Lâmina BimetálicaSistema simples Lâmina Bimetálica, considerado um Sistema simples, mas o Comprimento MáximoCapilar6 m; Comprimento Máximo do Capilar deve ser de 6 m ; Classe 1ADistânciaCapilar >6 m SistemaClasse 1A – Qdo. a Distância do Capilar for > 6 m, Sistema CompensaçãoaplicadoSensorCapilar de Compensação é aplicado no Sensor & no Capilar, através 2º. CapilarconectadoElemento Sensor de um 2º. Capilar conectado a um Elemento Sensor com o Comprimento IdênticoSistema de Medição original Comprimento Idêntico ao do Sistema de Medição original, ligadoOposiçãosem queBulbo mas que vai ligado em Oposição, porém sem que o Bulbo interconectado2ª vezSistema ; venha ser interconectado pela 2ª vez no mesmo Sistema ;

43 Termômetros por Expansão Líquida

44 #TermômetrosIndústrias # Tais Termômetros são usados em Indústrias nas FunçõesIndicaçãoRegistropermitindo Funções de Indicação & Registro, permitindo, Leituras Remotasprecisos inclusive, Leituras Remotas, sendo precisos, Não recomendadosReferenciais mas Não recomendados para Referenciais de ControleElevados tempos de Controle em função dos Elevados tempos de Resposta Operacional; Resposta Operacional ; #Poço de ProteçãopermiteManutenção # O Poço de Proteção permite Manutenção do TermômetroProcesso em Operação Termômetro com Processo em Operação, mas recomenda-seNÃO dobrarCapilar recomenda-se NÃO dobrar o Capilar com Curvaturas Acentuadasnão prejudicar Curvaturas Acentuadas, para não prejudicar MovimentoLíquidointerior Movimento do Líquido em seu interior, o que Sérios Problemas de Medição Op.; causaria Sérios Problemas de Medição Op. ;

45 Termômetros à Dilatação Volumétrica ou Expansão de Gases TermômetrosDilatação de LíquidosBulboElemento SensorCapilar de ConexãoInteriorConjuntopreenchido Gás à Alta Pressão ;Fisicamente idênticos aos Termômetros de Dilatação de Líquidos, consta de Bulbo, Elemento Sensor & Capilar de Conexão, sendo o Interior do Conjunto preenchido com Gás à Alta Pressão ; VariaçãoTemperaturaGásvariaPressãoCom Variação da Temperatura, o Gás varia a Pressão Elemento de conforme a Equação a seguir, enquanto o Elemento de MediçãooperaManômetro: Medição opera como um Manômetro : P1 / T1 = P2 / T2 =... = Pn / Tn Variações de Pressãolinearmente dependentesTemperaturaVolume constante;Observa-se que Variações de Pressão são linearmente dependentes da Temperatura, com Volume constante ; Lei Gay-Lussac Gases Perfeitos

46 Termômetros à Expansão de Gases N 2 Gás mais usadoenchido Pressão2050 atm Temperatura Mínima Faixa de Medição ° C Limite Inferior Temperatura CríticaGásLimite SuperiorRecipiente maior Permeabilidade o que acarretariaPerda inutilizandoTermômetro ; N 2 é o Gás mais usado, enchido com uma Pressão de 20 a 50 atm, para a Temperatura Mínima a medir & sua Faixa de Medição de a ° C, sendo o Limite Inferior devido a Temperatura Crítica do Gás & Limite Superior proveniente do Recipiente apresentar maior Permeabilidade em tal Valor, o que acarretaria sua Perda inutilizando o Termômetro ;

47 Termômetros à Expansão de Vapores Lei de Dalton dos Gases Conforme a Lei de Dalton dos Gases, VariaçõesTemperatura em q.q. Variações de Temperatura VariaçõesVaporGás ocorrerão Variações no Vapor do Gás LiquefeitoBulboTermômetro Liquefeito no Bulbo do Termômetro VariaçõesPressão & assim, Variações na Pressão no CapilarRelação: Capilar, com a seguinte Relação : log P1 / P 2 = He. ( 1 / T 1 – 1 / T2 ) 4,58 60 m 60 m

48 # Termômetros à Expansão de Líquidos : Aplicação geral Muito Baratos preferência Aplicação geral, Muito Baratos, com preferência para os SistemasMercúrioa não ser que Sistemas preenchidos com Mercúrio, a não ser que a Temperatura- 38°CSPAN Temperatura a ser medida seja < - 38°C, se o SPAN for muito estreito25°CNíveis de Perigo muito estreito ( < 25°C ) ou se existir Níveis de Perigo em VazamentoMercúrio ; caso de Vazamento de Mercúrio ; # Termômetros à Expansão de Gases : AplicaçõesTemperaturas mais baixas Aplicações mais voltadas às Temperaturas mais baixas, SPAN Mínimo50°CProcessos com SPAN Mínimo de 50°C, para Processos envolvendo Dimensões Volumétricas maiores ; # Termômetros à Expansão de Vapores : Custo mais reduzidoEscalas Não LinearesPrecisos Custo mais reduzido, Escalas Não Lineares, Precisos & tempos rápidos de RespostaSERANGE com tempos rápidos de Resposta, SE o RANGE medido NÃO estiver próximo Temperatura Ambiente ; NÃO estiver próximo à Temperatura Ambiente ;

49 TermômetrosporParesBimetálicos

50 FenômenoDilatação Linear MetaisTemperatura : Baseia-se no Fenômeno da Dilatação Linear dos Metais com a Temperatura : Lt = Lo. ( 1 + a. Dt ) Dt = t - t o Lt = Lo. ( 1 + a. Dt ) para Dt = t - t o t°Ct = Temperatura Metal em °C LotoLo = Comprimento Metal à Referência to LttLt = Comprimento Metal à Temperatura t aa = Coeficiente Dilatação Linear Material APLICAÇÕES - 30 a + 800°C ± 1% Na Prática : 64% Fe + 36% Ni ( INVAR ) Baixo Coefic. Dilatação Latão Alto Coefic. Dilatação

51 Termômetros Bimetálicos Termômetros Bimetálicos consistem 2 Lâminas Metálicas Coeficientes de Dilatação diferentes; de 2 Lâminas Metálicas sobrepostas com Coeficientes de Dilatação diferentes, formando uma só Peça ; Variando-seTemperatura ConjuntoEncurvamento Variando-se a Temperatura do Conjunto, existirá Encurvamento da Lâmina Únicaproporcionalmente Diferença de Temperatura ; Lâmina Única proporcionalmente à Diferença de Temperatura ; Termômetro Lâmina Helicoidal Na prática, o Termômetro mais usado é o de Lâmina Helicoidal, que é um Tubo Condutor de Calor EixoacopladoPonteiro deslocaráEscala Graduada ; Tubo Condutor de Calor, aonde existe um Eixo acoplado em Ponteiro que se deslocará sobre uma Escala Graduada adequadamente ;

52 Principais Características Funcionais : Construção robustabaixo Custo;Construção robusta & de baixo Custo ; Muito Sensíveispequenas Variações de Temperaturamuito utilizados ControladoresTermostatos;Muito Sensíveis às pequenas Variações de Temperatura, sendo muito utilizados em Controladores do Tipo Termostatos ; Usadosoutros Instrumentos compensarEfeitos da Temperatura;Usados com outros Instrumentos para compensar Efeitos da Temperatura ; Muito bons como Indicadores Diretos;Muito bons como Indicadores Diretos ; Não são muito Precisos;Não são muito Precisos ; Problemas de Histerese;Problemas de Histerese ; Tempos Lentos de Resposta;Tempos Lentos de Resposta ;

53 Termômetros Elétricos de Resistência de Contato

54 TermoresistênciasBulbos de Resistência As Termoresistências, Bulbos de Resistência, Termômetros de ResistênciaRTDs Termômetros de Resistência ou RTDs são os SensoresPrincípio Físico Sensores que se baseiam no Princípio Físico da VariaçãoResistência Ôhmica Variação da Resistência Ôhmica em função das Alterações Térmicas decorrer do tempo ; Alterações Térmicas no decorrer do tempo ; Sensores Térmicosmuito utilizados São Sensores Térmicos muito utilizados nos Processos IndustriaisLaboratórios Processos Industriais & Laboratórios, por sua Alta Estabilidade Op.Retibilidade em seus Alta Estabilidade Op., Retibilidade em seus ResultadosResistência à Contaminação Resultados, Resistência à Contaminação, baixo Driftmenor Influência de Ruídos baixo Drift, menor Influência de Ruídos & Altos NíveisPrecisão de Leitura; Altos Níveis de Precisão de Leitura ; Sensor Padrão Por estas Características, é um Sensor Padrão InternacionalMedição de Temperatura Internacional para Medição de Temperatura -259,3465ºC+661,78ºC/+1204ºC ITS-90; de -259,3465ºC a +661,78ºC / +1204ºC (ITS-90) ;

55 Equação MatemáticaVariação A Equação Matemática que rege a Variação da Resistência ElétricaTemperatura Resistência Elétrica em função da Temperatura Callendar-Van Dusen: é conhecida por Callendar-Van Dusen : #- 200°C0°C : # Para Faixa de - 200°C a 0°C : Rt = R 0. [ 1+ A. T + B. T2 + C. T3. ( T – 100 ) ]Rt = R 0. [ 1+ A. T + B. T2 + C. T3. ( T – 100 ) ] 0°C+ 850°C : # Para Faixa de 0°C a + 850°C : Rt = R 0. [ 1+ A. T + B. T2 ]Rt = R 0. [ 1+ A. T + B. T2 ] RtRt = Resistência na Temperatura T (W) R 0R 0 = Resistência a 0 °C (W) TT = Temperatura (°C ) ABCA, B, C = Coeficientes Materiais empregados A+ 3, A = + 3, B- 5, B = - 5, C- 4, C = - 4,

56 MetaisTermoresistências Metais utilizados na confecção de Termoresistências Características Técnicas Op. : possuem como suas Características Técnicas Op. : # Linearidade Op. Altos CoeficientesVariação # Linearidade Op. & Altos Coeficientes de Variação da Resistência Ôhmica Alterações Resistência Ôhmica em função das próprias Alterações de TemperaturaMediçõesmais de Temperatura, para que suas Medições sejam mais precisas maior Comodidade de Leitura ; precisas & ofereçam maior Comodidade de Leitura ; # Maior Resistividade Elétricapequenas # Maior Resistividade Elétrica para que em pequenas dimensões de FioAltos Valores dimensões de Fio possam ser obtidos Altos Valores Resistência Ôhmica Inicial ; de Resistência Ôhmica Inicial ; #Estabilidade Op.Rigidez Mecânicas # Estabilidade Op. & Rigidez Mecânicas em função dos RegimesVariação de TemperaturaCondições de Regimes de Variação de Temperatura & Condições de Trabalho; Trabalho a serem suportadas ; # Baixos NíveisHistereseDrift Funcional ; # Baixos Níveis de Histerese & de Drift Funcional ;

57 Metaismaior freqüênciaconfecção Os Metais utilizados com maior freqüência na confecção Termoresistências Sensoras: de Termoresistências Sensoras são : PLATINA- 200ºC+ 600ºCPLATINA – Faixa de - 200ºC à + 600ºC +1200ºC+1774ºC (excepcionalmente +1200ºC) - Ponto de Fusão +1774ºC ; NÍQUEL- 200ºC+ 300ºCNÍQUEL - Faixa de - 200ºC à + 300ºC +1455ºC Ponto de Fusão +1455ºC ; COBRE- 200ºC+ 120ºCCOBRE - Faixa de - 200ºC à + 120ºC +1023ºC ; Ponto de Fusão +1023ºC ; Exatidão Op.Termômetros de Resistência A Exatidão Op. de Termômetros de Resistência quando corretamente instaladosmuito grandeatingindo corretamente instalados é muito grande, atingindo até ± 0,01ºCSondas ± 0,01ºC & normalmente, as Sondas deste Tipo utilizadas industrialmentePrecisão± 0,5ºC industrialmente oferecem Precisão de ± 0,5ºC & como, Brasilaplica-se muitoNorma DIN-IEC 751/85 no Brasil, aplica-se muito a Norma DIN-IEC 751/85, os TermoresistoresPlatinaPT100 Termoresistores de Platina Tipo PT100 são muito usados Valores100,00 Ω 0ºC138,50 Ω 100ºC; para Valores de 100,00 Ω a 0ºC & 138,50 Ω a 100ºC ;

58 Resistance-Temperature Curve for a 100 Ω Platinum RTD

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60 TermoresistorFilamentoUm Termoresistor se compõe de Filamento de PtNiCuapresentar Pt, Ni & Cu podendo apresentar diversos Tipos de Revestimentos Protetoresde acordo com Revestimentos Protetores, de acordo com suas TécnicasModos de Utilização; Técnicas & Modos de Utilização ; TermoresistênciasNiCuIsolaçãoTermoresistências de Ni & Cu possuem Isolação EsmalteSedaAlgodãoFibra de Vidro em Esmalte, Seda, Algodão ou Fibra de Vidro & não precisamProteções mais resistentes não precisam de Proteções mais resistentes à Temperaturaacima de 300°CNíquelperde Temperatura, pois acima de 300°C, Níquel perde PropriedadesTermoresistorCobre suas Propriedades como Termoresistor & o Cobre sofre Oxidaçãoacima de 310°C; sofre Oxidação acima de 310°C ; Sensores de PlatinaCaracterísticasSensores de Platina, devido suas Características, permitemOperaçãoTemperaturas bem mais permitem Operação com Temperaturas bem mais elevadas possuemEncapsulamento Cerâmico elevadas & possuem Encapsulamento Cerâmico Vidro ; ou mesmo de Vidro ;

61 Sensores de PlatinaCuidados maiores Sensores de Platina envolvem Cuidados maiores FabricaçãoMaterial NÃO na Fabricação pois, apesar desse Material NÃO possuirRestrições-Limite possuir, praticamente, Restrições-Limite para sua Temperatura de Utilizaçãousados Temperatura de Utilização, ao serem usados em Temperaturas muito elevadasapresentam Temperaturas muito elevadas, apresentam sérios Riscos de Contaminação Fios Condutores Riscos de Contaminação dos Fios Condutores, mas, empregados independente disso, também são empregados como Termômetros Padrão Laboratórios Termômetros Padrão em Laboratórios, por meio de Montagem Diferenciadamuito sensível uma Montagem Diferenciada, muito sensível & SEMCorpo ProtetorEspaçadores SEM seu Corpo Protetor, apoiados em Espaçadores de MicaFiosacondicionadosPeça de de Mica, com seus Fios acondicionados em Peça de AluminaAlta PurezaFixador Vítreo Alumina de Alta Pureza, com Fixador Vítreo, com melhorarNíveisResistência objetivo de melhorar os Níveis de Resistência às Vibrações MecânicasDilatação Térmica ; Vibrações Mecânicas & à Dilatação Térmica ;

62 Métodos Industriaisutilizados Vários Métodos Industriais são utilizados para a FabricaçãoSensores RTDsdependendo Fabricação de Sensores RTDs, dependendo das Aplicações Operacionais: suas Aplicações Operacionais : Medidas de TemperaturaFluidos Não CorrosivosElemento Resistivoexposto diretamenteFluidoRespostas mais rápidasOpen Wire Element ;Medidas de Temperatura em Fluidos Não Corrosivos, Elemento Resistivo pode ser exposto diretamente ao Fluido para se obter Respostas mais rápidas ( Open Wire Element ) ; Medidas de TemperaturaFluidos Corrosivos SensorencapsuladoBulbo de Aço Inox Well-Type Element;Medidas de Temperatura em Fluidos Corrosivos, Sensor é encapsulado em Bulbo de Aço Inox ( Well-Type Element ) ; Medidas de Temperatura SuperficialSólidos Elementos Resistivosprotegidos Encapsulamentos PlanospresosPresilhas SoldadosColados às Superfícies;Medidas de Temperatura Superficial de Sólidos, são usados Elementos Resistivos protegidos por Encapsulamentos Planos presos por Presilhas, Soldados ou Colados às Superfícies medidas ;

63 TermoresistênciasSensoras

64 Cabeçotes

65 BlocosLigação ConexõesFlanges

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70 VANTAGENS TÉCNICAS OPERACIONAIS : a) Maior Precisão que outros Tipos de Sensores dentro de suas Faixas de Utilização ; suas Faixas de Utilização ; b) Sem Limitações de Distância Op., se as Conexões forem feitas corretamente ; feitas corretamente ; c) Não utiliza Fiação Especial para suas Conexão Op. ; d) Uso em q.q. Ambientes se adequadamente protegidos ; e) Boas Características de Reprodutibilidade de Resultados ; f) Substitui Termopares com Vantagem, em certos casos ; DESVANTAGENS TÉCNICAS OPERACIONAIS : a) Mais caros que outros Sensores para mesma Faixa Op. ; b) Deterioram-se com mais facilidade, caso sejam usados acima da Temperatura Máxima de Utilização ; acima da Temperatura Máxima de Utilização ; c) Necessário que Corpo do Bulbo esteja com Temperatura Equilibrada para ler corretamente os Valores Térmicos ; Equilibrada para ler corretamente os Valores Térmicos ; d) Tempos de Resposta considerados não tão rápidos ;

71 Ligação a 2 Fios :Ligação a 2 Fios : 2 FiosResistência 2 Fios de Resistência baixaRL1 relativamente baixa, RL1 & RL2Sensor Pt 100 RL2 conectam Sensor Pt 100 R4Ponte Funcional (R4) à Ponte Funcional do Instrumento de Medição : R4 = RPt RL1 + RL2 (Ω) Fios RL1RL2NÃO Se os Fios RL1 & RL2, NÃO foremR Ω muito baixa forem de R( Ω ) muito baixa, influenciarão demais influenciarão demais nas Medições Pt 100 ; Medições com o Pt 100 ; Disposição Op.resultarErros de Leitura Tal Disposição Op. poderá resultar em Erros de Leitura de Temperaturaa não ser que se efetue Temperatura, a não ser que se efetue adequadamente algum CompensaçãoAjusteFiosSensor Tipo de Compensação ou Ajuste dos Fios do Sensor, para se equilibrarDiferençasResistênciaprincipalmente equilibrar Diferenças de Resistência citada, principalmente existiremVariações BruscasTemperatura Ambiente se existirem Variações Bruscas na Temperatura Ambiente sóusado seSensor estiver3 m ; & por isso, tal Método só é usado se o Sensor estiver 3 m ;

72 Ligação a 3 Fios :Ligação a 3 Fios : Métodomuito utilizado Método muito utilizado Indústria dentro da Indústria, com Fonte mais próxima a Fonte mais próxima Sensor possível do Sensor, para fazerRL1 fazer que RL1 fique no outroBraço Op. outro Braço Op. da Pontebalancear Ponte, para balancear tecnicamenteCircuito tecnicamente o Circuito de Medição ; de Medição proposto ; Ligação a 2 FiosResistências de LinhaSérie Na Ligação a 2 Fios, Resistências de Linha estavam em Série SensorLigação a 3 FiosSeparadas; com o Sensor & agora na Ligação a 3 Fios estão Separadas ; Tensão V AB varia linearmente Nesta situação, Tensão V AB, varia linearmente em função da Temperatura PT 100 independepossíveisVariações Temperatura PT 100, independe das possíveis Variações de Temperatura AmbienteFios de Ligação Temperatura Ambiente ao longo dos Fios de Ligação com Relativa Precisãograndes Distâncias Op. Relativa Precisão, mesmo com grandes Distâncias Op. entre Elemento SensorCircuito de Medição Op. ; o Elemento Sensor & o próprio Circuito de Medição Op. ;

73 NI CompactDAQ ChassisNI 9217 RTD Module NI CompactDAQ Chassis & NI 9217 RTD Module 4-Wire RTD Measurement

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76 TERMORESISTORES Exemplo de Aplicação Prática TROCADOR DE CALOR

77 TROCADOR DE CALOR FEIXE TUBULAR Troca de Calor2 FluidosCircuitos diferentesTroca de Calor entre 2 Fluidos ( Circuitos diferentes ) Água aquecidaVaporCaldeira a QueroseneÁgua aquecida por Vapor de Caldeira a Querosene Fluido AquecidoCircuito FechadoFluido Aquecido circula em Circuito Fechado fornecendo CalorPlacasTrocador de Calor Calor através das Placas do Trocador de Calor para o Fluido Frio; Fluido Frio ( Água ou outro Líquido ) ; Temperaturas EntradaSaídaFluxo AquecedorTemperaturas Entrada & Saída do Fluxo Aquecedor do Trocador de CalorTermoresistores ; do Trocador de Calor medidas por Termoresistores ; Temperaturas Fluido FrioantesdepoisTemperaturas do Fluido Frio medidas antes & depois Trocador de CalorTermoresistores ; do Trocador de Calor por Termoresistores ; Equações Curvas TR Ω TermoresistoresEquações das Curvas T x R( Ω ) dos Termoresistores são Software SupervisórioCurvas de inseridas em Software Supervisório para obtenção Curvas de RespostaControlador PIDVariações de Temperatura Resposta do Controlador PID às Variações de Temperatura Fluidos FrioAquecidoAmbiente Op. ; dos Fluidos Frio / Aquecido & do Ambiente Op. ;

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79 Medição Temperatura Fluido da Tubulação

80 Medição Temperatura Fluido do Recipiente

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