Medidores de Temperatura Tipos, características e medições em escoamento

Roteiro da Aula Introdução Tipos de Medidores de Temperatura Calibração Termopares Medição de temperatura em escoamentos

Introdução As metodologias de medição da temperatura estão intimamente ligadas com fenômenos de transferência de calor; Como sabemos, calor pode ser transferido de um corpo ao outro de três diferentes formas: Condução: exige contato; Convecção: exige a presença de um fluido em movimento; Radiação: não exige contato nem um meio material entre os corpos. Qualquer que seja o principio físico por trás do processo de medida, exige-se conhecimentos de termodinâmica.

Tipos de Medidores de Temperatura Métodos de Expansão Térmica Termômetros bi metálicos; Termômetros “Liquid-in-Glass”; Termômetros de Pressão. Sensores Termoelétricos Termopares; Sensores de Resistência Elétrica Termômetros de resistência; Termistôres (semicondutores); Sensores de Junção de Semicondutores Termômetros digitais Métodos de Radiação Pirômetros Óticos; Sensores Infravermelhos; Outros Tipo de Sensor Market Share em 1980 Termopares 50% Termômetros de Resistência 23% Junção de Semicondutores 5% Pirômetros

Calibração O princípio básico por trás do processo de calibração da maioria dos sensores de temperatura é a Lei Zero da Termodinâmica, que pode ser expressa como: “Para dois corpos terem a mesma temperatura, eles devem estar em equilíbrio termodinâmico” Dessa forma, a calibração, geralmente, é feita estabelecendo-se o equilíbrio termodinâmico: Entre o medidor e um meio com temperaturas conhecidas (temperatura de fusão/ebulição/ponto triplo de substâncias padrão) Entre o medidor e um outro medidor (padrão secundário)

Termopares Se dois fios de diferentes materiais A e B são conectados em um circuito tal que as junções são mantidas a temperaturas distintas T1 e T2, surge uma força eletromotriz entre as junções. A magnitude dessa força é dependente da diferença de temperatura entre os terminais e dos materiais dos fios. Efeito termelétrico: diversas aplicações. Ex: adegas.

Termopares Princípio de funcionamento: Efeito Seebeck: Tendência dos elétrons de um condutor migrarem da região quente para a região fria (ou vice-versa) Outros efeitos relacionados: Efeito Peltier: Se uma corrente é induzida no circuito termoelétrico, calor é absorvido em uma das junções e emitido na outra Efeito Thomson: Calor é absorvido ou emitido ao longo de um condutor sujeito a uma corrente e a um gradiente de temperatura Manter corrente mínima possível Utiliza-se voltímetro

Termopares Junção de referência Como o termopar mede diferenças de temperatura, para que seja efetivamente utilizado para medir uma temperatura, uma das junções deve ser posta a uma temperatura conhecida. Comumente utiliza-se gelo fundente ou o ponto triplo da água (mais precisos) Outra possibilidade: Bloco isotérmico com sensor absoluto de temperatura

Medição de temperatura em escoamento Temperatura estática: Temperatura do fluido – medida por um termômetro que acompanha o elemento fluido Temperatura total (ou Temperatura de estagnação) Temperatura de um elemento fluido que é levado adiabaticamente ao repouso Como medir?

Medição de temperatura em escoamento Medição de temperatura total Efeitos de perda de calor (condução/radiação)

Medição de temperatura em escoamento Na prática: Fator de recuperação Temperatura indicada (medida) Temperatura total É necessário saber o número de Mach para encontrar a temperatura estática

Medição de temperatura em escoamento Calibração para determinar fator de recuperação

Medição de temperatura em escoamento Idealmente, fator de recuperação deve ser constante Usualmente busca-se Pode variar com: Mach Re Ângulo Material ou geometria do suporte etc

Referências Liepmann, H. W., & Roshko, A. Elements of gasdynamics Seção 6-7 “Temperature and Heat Transfer Measurements” Doebelin, E. O. Measurement systems: application and design Bonham, C., et al. Stagnation temperature measurement using thin-film platinum resistance sensors.