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CONTROLE OP. & INSTRUMENTAÇÃO TEMPERATURA

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Apresentação em tema: "CONTROLE OP. & INSTRUMENTAÇÃO TEMPERATURA"— Transcrição da apresentação:

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

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3 CIÊNCIA dos SENSORES

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5 Temperatura Variável de Processo
como Variável de Processo

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

7 Termometria (“Medir Temperaturas”) pode ser,
eventualmente, confundida com Pirometria que é aplicada com significado parecido, porém : Pirometria - Medição de Altas Temperaturas, na faixa aonde Efeitos da Radiação Térmica se manifestam dentro dos Processos Op. ; Criometria - Medir Baixas Temperaturas próximas ao Zero Absoluto da Temperatura ; Termometria - Termo mais abrangente que inclui Pirometria & Criometria que são casos particulares da Medição de Temperatura ;

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

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

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

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

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
P C O N E I T U L Matéria Estruturas Atômicas Moléculas Estruturas Moleculares

15 Condução : Processo de Transferência de Energia
Energia Térmica dos Meios passa a ser Somatória das Energias Cinéticas de seus Componentes Internos & além de depender da Temperatura, considera também suas Massas & os Tipos de Elementos sob Análises ; Calor é uma Forma de Energia em trânsito transferida pelos Meios em virtude de Diferenças de Temperatura : Condução : 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 às Áreas do Material sob Temperaturas mais baixas ;

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

17 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 ; 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.) ; 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 Pontos Fixos de Temperatura Padrão ( IPTS-48 ; IPTS-68 ; ITS-90 ; ... ) ;

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

20 IPTS 68

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

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

25 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 Escala
Fahrenheit é exatamente o Dobro daquela fornecida pela Escala Celsius ? Quanto isso seria em Rankine ? Imaginando 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 & 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. Determine o valor dessa Temperatura em Rankine. 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 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 Expansão do Elemento Físico-Químico, provocando Alterações de Comprimento, Volume ou Pressão ; Alteração da Resistência Elétrica ; Iteração dos Potenciais Elétricos entre Elementos Físico-Químicos diferentes ; Alteração de Níveis da Potência Radiante ;

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

31 Características Contato Direto Contato Indireto Contextos Funcionais
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 Contextos Funcionais Práticos Possíveis # 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. ) Geralmente Pequeno ( 0,3 ~ 3 seg. )

32 Termômetros por Dilatação ou Expansão Volumétrica

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

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

35 Termômetros de Dilatação Líquidos em Recipientes
Princípio Funcional : 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 ; Diferença nos Níveis de Expansão aliada ao próprio Princípio da Capilaridade permite ao Líquido subir pelo Tubo Capilar de Vidro ( Menisco ) fixo ao Bulbo ; Os Líquidos mais usados neste Tipo de Termômetro são o Mercúrio, Tolueno, Álcool & Acetona ; Termômetros de Dilatação de Líquidos em Recipientes Vidro Transparente SUBS TÂN CIA LÍQUIDA PONTO DE SOLIDI FICAÇÃO [ ºc ] PONTO DE EBULI ÇÃO FAIXA Op. USO Mercúrio - 39 + 357 38 até + 550 Álcool Etílico - 115 + 78 100 + 70 Tolueno - 92 + 110 80 + 100

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

37 Termômetros de Líquidos em Bulbo de Vidro
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
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 Um Bulbo Metálico ligado a um Capilar Metálico & até um Elemento Sensor que é Extensível ; O Líquido preencherá todo o Instrumento & com a Variação da Temperatura se dilatará deformando elasticamente o próprio Elemento Sensor ; Relação Linear entre os Valores de Temperatura & Deformação Volumétrica ;

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

41 Termômetros de Dilatação Volumétrica
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 Termômetros de Dilatação Volumétrica

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

43 Termômetros por Expansão Líquida

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

45 Termômetros à Dilatação Volumétrica
ou Expansão de Gases 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 ; Com Variação da Temperatura, o Gás varia a Pressão conforme a Equação a seguir, enquanto o Elemento de Medição opera como um Manômetro : P1 / T1 = P2 / T2 = = Pn / Tn 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
N2 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
Conforme a Lei de Dalton dos Gases, em q.q. Variações de Temperatura ocorrerão Variações no Vapor do Gás Liquefeito no Bulbo do Termômetro & assim, Variações na Pressão no Capilar, com a seguinte Relação : log P1 / P 2 = He . ( 1 / T 1 – 1 / T2 ) 4,58 ≈ 60 m

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

49 Termômetros por Pares Bimetálicos

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

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

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

53 Termômetros Elétricos de Resistência de Contato

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

55 A Equação Matemática que rege a Variação da
Resistência Elétrica em função da Temperatura é conhecida por “Callendar-Van Dusen” : # Para Faixa de - 200°C a 0°C : Rt = R0 . [ 1+ A. T + B . T2 + C . T3 . ( T – 100 ) ] # Para Faixa de 0°C a + 850°C : Rt = R0 . [ 1+ A. T + B . T2 ] Rt = Resistência na Temperatura T (W) R0= Resistência a 0 °C (W) T = Temperatura (°C ) A, B, C = Coeficientes Materiais empregados A = + 3, B = - 5, C = - 4,

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

57 Os Metais utilizados com maior freqüência na confecção
de Termoresistências Sensoras são : PLATINA – Faixa de - 200ºC à + 600ºC (excepcionalmente +1200ºC) - Ponto de Fusão +1774ºC ; NÍQUEL - Faixa de - 200ºC à + 300ºC Ponto de Fusão +1455ºC ; COBRE - Faixa de - 200ºC à + 120ºC Ponto de Fusão +1023ºC ; A Exatidão Op. de Termômetros de Resistência quando corretamente instalados é muito grande, atingindo até ± 0,01ºC & normalmente, as Sondas deste Tipo utilizadas industrialmente oferecem Precisão de ± 0,5ºC & como, no Brasil, aplica-se muito a Norma DIN-IEC 751/85, os Termoresistores de Platina Tipo PT100 são muito usados 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 Um Termoresistor se compõe de Filamento de
Pt, Ni & Cu podendo apresentar diversos Tipos de Revestimentos Protetores, de acordo com suas Técnicas & Modos de Utilização ; Termoresistências de Ni & Cu possuem Isolação em Esmalte, Seda, Algodão ou Fibra de Vidro & não precisam de Proteções mais resistentes à Temperatura, pois acima de 300°C, Níquel perde suas Propriedades como Termoresistor & o Cobre sofre Oxidação acima de 310°C ; Sensores de Platina, devido suas Características, permitem Operação com Temperaturas bem mais elevadas & possuem Encapsulamento Cerâmico ou mesmo de Vidro ;

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

62 Vários Métodos Industriais são utilizados para a
Fabricação de Sensores RTDs, dependendo das suas Aplicações Operacionais : 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 Temperatura em Fluidos Corrosivos, Sensor é encapsulado em Bulbo de Aço Inox ( Well-Type Element ) ; Medidas de Temperatura Superficial de Sólidos, são usados Elementos Resistivos protegidos por Encapsulamentos Planos presos por Presilhas, Soldados ou Colados às Superfícies medidas ;

63 Termoresistências Sensoras

64 Cabeçotes

65 Blocos Ligação Conexões Flanges

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70 VANTAGENS TÉCNICAS OPERACIONAIS :
a) Maior Precisão que outros Tipos de Sensores dentro de suas Faixas de Utilização ; b) Sem Limitações de Distância Op., se as Conexões forem 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 ; c) Necessário que Corpo do Bulbo esteja com Temperatura Equilibrada para ler corretamente os Valores Térmicos ; d) Tempos de Resposta considerados não tão rápidos ;

71 Ligação a 2 Fios : 2 Fios de Resistência relativamente baixa, RL1 & RL2 conectam Sensor Pt100 (R4) à Ponte Funcional do Instrumento de Medição : R4 = RPt100 + RL1 + RL2 (Ω) Se os Fios RL1 & RL2, NÃO forem de R(Ω) muito baixa, influenciarão demais nas Medições com o Pt100 ; Tal Disposição Op. poderá resultar em Erros de Leitura de Temperatura, a não ser que se efetue adequadamente algum Tipo de Compensação ou Ajuste dos Fios do Sensor, para se equilibrar Diferenças de Resistência citada, principalmente se existirem Variações Bruscas na Temperatura Ambiente & por isso, tal Método só é usado se o Sensor estiver ≈ 3 m ;

72 Ligação a 3 Fios : Método muito utilizado dentro da Indústria, com a Fonte mais próxima possível do Sensor, para fazer que RL1 fique no outro “Braço Op.” da Ponte, para balancear tecnicamente o Circuito de Medição proposto ; Na Ligação a 2 Fios, Resistências de Linha estavam em Série com o Sensor & agora na Ligação a 3 Fios estão Separadas ; Nesta situação, Tensão VAB, varia linearmente em função da Temperatura PT100, independe das possíveis Variações de Temperatura Ambiente ao longo dos Fios de Ligação com Relativa Precisão, mesmo com grandes Distâncias Op. entre o Elemento Sensor & o próprio Circuito de Medição Op. ;

73 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 Calor entre 2 Fluidos ( Circuitos diferentes ) Água aquecida por Vapor de Caldeira a Querosene Fluido Aquecido circula em Circuito Fechado fornecendo Calor através das Placas do Trocador de Calor para o Fluido Frio ( Água ou outro Líquido ) ; Temperaturas Entrada & Saída do Fluxo Aquecedor do do Trocador de Calor medidas por Termoresistores ; Temperaturas do Fluido Frio medidas antes & depois do Trocador de Calor por Termoresistores ; Equações das Curvas T x R(Ω) dos Termoresistores são inseridas em Software Supervisório para obtenção Curvas de Resposta do Controlador PID às Variações de Temperatura dos Fluidos Frio / Aquecido & do Ambiente Op. ;

78

79 Medição Temperatura Fluido da Tubulação

80 Medição Temperatura Fluido do Recipiente

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