TERMOMETRIA Realizado por: Gonçalo Valentim

Indice Métodos de Transferência de Calor Escalas de Temperatura Termómetros Termopar Termoresistência Termistor Termómetro de Semi-condutores Termómetro de Quartzo Medição de Temperatura por Radiação Calibração Equipamentos de referência Comparação de tecnologias Bibliografia

Métodos de Transferência de Calor Condução - Processo pelo qual o calor flui de uma região de alta temperatura para outra de temperatura mais baixa, dentro de um meio sólido, líquido ou gasoso ou entre meio diferentes em contacto físico directo. Convecção – Processo de transporte de energia pela acção combinada da condução de calor, armazenamento de energia e movimento da mistura. Radiação – Processo pelo qual o calor flui de um corpo de alta temperatura para um de baixa, quando os mesmos estão separados no espaço, ainda que exista vácuo entre eles.

Escalas de Temperatura Kelvin – TK = TºC + 273.15 Celsius - ºC Fahrenheit – TºF = TºC.9/5+32 Rankine – TºR = TºC.9/5+491.67 Reamur – TReamur = 8/10 TºC

Termómetros Líquido Ponto de Solidif. Ponto de Ebulição Faixa de Uso Líquido – Baseados na lei de expansão de volumétrica de um líquido Vt=Vo.[1+1(T)+2(T)2+3(T)3] Líquido Ponto de Solidif. Ponto de Ebulição Faixa de Uso Mercúrio -39 ºC +357 -38 / +550 Álcool Etílico -115 +78 -100 / +70 Tolueno -92 +110 -80 / +100

Termómetros Expansão em tubo de vidro

Termómetros Expansão em recipiente metálico Tubo de Bourdon Não recomendável para controlo Grande tempo de resposta

Termómetros Pressão de Gás Lei dos Gases Perfeitos Observa-se que a variação de pressão é linearmente dependente da temperatura, com volume constante

Termómetros Pressão de Gás Gás mais comum N2 Outros He, H2, CO2 20 / 50 atm Intervalo de medição -100 ºC / 600 ºC

Sólidos – (Bi-metálicos) Termómetros Sólidos – (Bi-metálicos) Fenómeno da dilatação dos metais com a temperatura Lt = Lo (1 + .t) Ligas utilizadas 64% Fe + 36% Ni - Baixo coef. Dilatação Latão – Alto coef. Dilatação

Sólidos – (Bi-metálicos) Termómetros Sólidos – (Bi-metálicos) Escala Linear Muito utilizados para protecções Intervalo de Utilização -50 / 800 ºC Precisão -/+ 1%

Termopar

Termopar Efeitos Eléctricos Efeito de Seebeck Efeito de Peltier Efeito Thomson Efeito de Volta

Termopar Tipos de Termopares Tipo T Cu - Co + Cobre (99%), - Constantan (Cu 58%-Ni42%) Intervalo de temperaturas –200 / 370ºC Aplicações – criometria, industria de refrigeração, química, petroquímica

Termopar Tipo J Fe - Co + Ferro (99,5%) - Constantan (Cu 58%-Ni42%) Intervalo de temperaturas –40 / 760ºC Aplicações – Centrais de energia, metalúrgica, química, industria em geral

Termopar Tipo E NiCr - Co + Cromio-Niquel (Cr 10%, Ni 90%) - Constantan (Cu 58%-Ni42%) Intervalo de temperaturas –200 / 870ºC Aplicações – Química, petroquímica

Termopar Tipo K NiCr - NiAl + Cromio-Niquel (Cr 10%, Ni 90%) - Alumel (Ni 95,4% - Mn 1,8% - Si 1,6% - Al 1,2%) Intervalo de temperaturas –200 / 1260ºC Aplicações – Metalúrgicas, Siderúrgicas, Fundição, Fabrico de Cimento ….

Termopar Tipo S PtRh 10% - Pt + Platina-Rodio (Pt 90%, Rh 10%) - Platina (Pt 100%) Intervalo de temperaturas 0 / 1600ºC Aplicações – Metalúrgicas, Siderúrgicas, Fundição, Fabrico de Cimento ….

Termopar Tipo R PtRh 13%- Pt + Platina-Rodio (Pt 87%, Rh 13%) - Platina (Pt 100%) Intervalo de temperaturas 0 / 1600ºC Aplicações – Metalúrgicas, Siderúrgicas, Fundição, Fabrico de Cimento ….

Termopar Tipo B PtRh 30%- PtRh 6% + Platina-Rodio (Pt 70%, Rh 30%) Intervalo de temperaturas 600 / 1700ºC Aplicações – Metalúrgicas, Siderúrgicas, Fundição, Fabrico de Cimento ….

Termopar Termopares especiais Tungsténio – Rhénio Até 2300 ºC em continuo Até 2750 ºC em curtos períodos Irídio 40% Rhodio / Irídio Até 2000 ºC em curtos períodos Pt 40% Rh / Pt 20% Rh Substitutos do Tipo B Em continuo até 1600ºC Até 1800 / 1850 ºC em curtos períodos

Termopar Termopares especiais Ouro – Ferro / Cromio Para temperaturas criogénicas Nicrosil / Nisil Substituto do Tipo K – Com f.e.m. menores Pt 40% Rh / Pt 20% Rh Substitutos do Tipo B Em continuo até 1600ºC Até 1800 / 1850 ºC em curtos períodos

Termopar

Termopar Correlações da f.e.m. em função da temperatura

Termopar Erros tipicos de montagem de termopares

Termopar

Termopar

Pontos Standart de Calibração Termopar Pontos Standart de Calibração

Termoresistências Principio de Funcionamento Padrão internacional na faixa de –270 / 660 ºC Platina, cobre, níquel

Termoresistências Vantagens -Maior precisão que qualquer outro sensor -Não tem limite de distância de operação -Permite utilizar em qualquer ambiente com a protecção adequada -Boas caracteristicas de reprodutibilidade -Substitui o termopar com grandes vantagens em alguns casos

Termoresistências Desvantagens -São mais caras -Menos resistentes a erros de operação -Temperatura máxima de 630 ºC -É necessário que todo o corpo esteja com temperatura uniforme para medir correctamente -Tempo de resposta longo

Termoresistências Ponte de Wheatstone

Termoresistências

Termistores -Resistências sensiveis à temperatura constituidas por materiais semicondutores -NTC – Negative Temperature Coefficient -PTC – Positive Temperature Coefficient Gama de temperaturas: -100 / 300ºC Extremamente sensíveis Erros -/+ 0.01ºC

Termómetros de Semicondutores -Caracteristicas dos materiais semicondutores são dependentes da temperatura -Gama de temperaturas: -230 / 150ºC -Alta sensibilidade -Boa linearidade -Grande precisão

Termómetro de Quartzo -Materiais piezoeléctricos -A frequência de oscilação é dependente da temperatura -Gama de funcionamento: -80 / 250 ºC -Sensibilidade 1000 Hz / ºC -Não linearidade -/+ 0.05 ºC -Erros -/+ 0.0001ºC

Principio de Funcionamento Pirometro optico Principio de Funcionamento Gama de temperaturas: 700 / 4000 ºC

Termometro de infra-vermelhos Principio de Funcionamento Gama de temperaturas: -20 / 1000 ºC

Radiometros ou Pirometros de Radiação

Calibração Calibrador electronico multifunção $5000 Calibrador de temperatura $100

Calibração Calibrador para Pirometros < 400 ºC $650 Calibrador de muito alta temperatura < 1100 ºC $10000

Calibração Calibrador Temperatura 0ºC $1200

Equipamento de Referência 13.81 / 273.15 K – Termoresistência de Platina 0 / 630.74 ºC – Termoresistência de Platina 630.74 / 1064.43 ºC – Termopar Platina-10%Rodium / Platina 1064.43 ºC – Lei de Planck

Comparação Tecnologias

Bibliografia - Instrumentação Industrial, Gustavo Silva, Escola Superior de Tecnologia de Setúbal - Intelligent Instrumentation, Microprocessor applications in measurement and control, George C. Barney, Prentice Hall - Engineering Instrumentation and Control, J.A. Haslam, G.R. Summers, D. Williams - The Temperature Handbook, OMEGA www.omega.com www.amperesautomation.hpg.ig.com.br

FIM