Relatorio Laboratorio Termodinamica - Medidores de temperatura

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melhor resistência mecânica, mas nestas situações geralmente torna-se mais interessante a utilização de outros medidores como termopares, os quais possuem maior precisão e podem ter sua leitura feita longe do instrumento. Estes aparelhos são estudados em detalhe à seguir neste trabalho.

A escala de temperatura deste tipo de medidor varia de acordo com o líquido utilizado. De acordo com o Curso de Instrumentação Industrial, módulo Temperatura do CEFET [1], a Tabela 1 mostra as faixas correspondentes à cada fluido.

Tabela 1 - Faixa de uso de termômetros de líquido.

Líquido Ponto de solidificação(°C) Ponto de ebulição(°C) Faixa de uso(°C)

Mercúrio -39 357 -38 à 550

Álcool etílico -115 78 -100 à 70

Tolueno -92 110 -80 à 100

Outra vantagem deste termômetro é seu baixo custo, de R$ 20,00 à R$ 200,00 de acordo com a LojaTudo [2].

Figura 1 - Termômetros de líquido convencional (esquerda) e industrial (direita).

2.2 Termômetros bimetálicos

Estes termômetros de expansão de sólido são chamados bimetálicos pois seu bulbo (corpo sensorial do instrumento) é composto por dois metais com diferentes coeficientes de expansão térmica. Essas lâminas metálicas são sobrepostas helicoidalmente, e uma variação de temperatura induz o encurvamento dessas, o que é proporcional à temperatura e transmitido através de um relógio graduado com ponteiro.

Figura 2 - Termômetro bimetálico.

Figura 3 - Funcionamento de um termômetro bimetálico.

Este tipo de instrumento é frequentemente utilizado no monitoramento da temperatura de tubulações e reservatórios. Mas semelhante aos de líquido, sua leitura apenas pode ser feita pelo próprio instrumento, o que implica complicações no caso de grandes instalações com grandes comprimentos de dutos, e também quando estes estão situados fora do alcance de operadores.

Outra desvantagem é o fato do instrumento levar certo tempo para mostrar a temperatura correta após uma variação desta, devido à não instantânea condução do calor através das lâminas bimetálicas. No entanto, é um instrumento resistente mecanicamente com longa duração de vida. Certas calibragens se tornam necessárias periodicamente já que uma das laminas apresenta alto coeficiente de dilatação (geralmente o latão) e outra com baixo (aço invar – 64% Fe e 36%Ni)[1].

A faixa de operação destes instrumentos é de -200°C a 700°C de acordo com a empresa Wika [3] e de -50 a 800 de acordo com [1].

A haste/bulbo é feita de aço inoxidável, para ampla aplicação em líquidos e gases. O custo destes termômetros varia entre R$30,00 e R$300,00. Sendo ainda facilmente acessíveis a qualquer tipo de consumidor. Há grande diversidade de modelos envolvendo diferentes comprimentos de hastes, faixa de temperatura adequada a operação (refrigerador ou forno) e robustez.

2.3 Termopar

Este instrumento consiste de dois condutores metálicos distintos. Estes são soldados em uma zona chamada de junta de medição (área em contato com o meio a ser medido). A outra extremidade dos condutores é acoplada ao instrumento de medição de força eletromotriz, este terminal é chamado de junta de referência. Por este circuito fechado flui a corrente.

O aquecimento da junção de dois metais gera o aparecimento de uma força eletromotriz, principio este chamado de Seebeck, o que permite a medição da temperatura, ou seja, a tensão induzida corresponde á uma temperatura. 150mV correspondem a 200°C por exemplo. Estes valores são tabelados.

Figura 4 - Funcionamento de um Termopar

O termopar é altamente versátil por ser um instrumento eletrônico, desta maneira sua leitura pode ser realizada digitalmente, e com a utilização de cabos compensadores para a transmissão da leitura distante do instrumento, a temperatura pode ser mostrada em uma central de monitoramento de todo um sistema industrial, não havendo mais a necessidade de ler sobre cada instrumento o valor da temperatura. Juntamente com a vantagem da informação ser acessível em um computador, torna-se possível o mais fácil e preciso monitoramento estatístico de um sistema, pois os valores de temperatura medidos pelos termopares podem ser incluídos em uma planilha.

Estes medidores são robustos, possuindo um poço térmico para proteção e isolamento do sistema eletrônico contra intempéries e corrosão. São utilizados em inúmeros ramos da indústria, e servem principalmente como ferramentas de monitoramento, e diferentemente dos instrumentos citados anteriormente, a leitura da temperatura é instantânea. A desvantagem se dá aos componentes eletrônicos, os quais necessitam de calibragem periódica de maneira a manter sua precisao de medida.

Figura 5 – Termopares

Termopares estão disponíveis em diferentes series e especificações. O catálogo da Ecil [4] fornece as faixas de operação e intervalos de confiança.

Tabela 2 - Especificações de Termopares.

A faixa de preço de termopares varia de R$10,00 até R$500,00. Os valores dependem de sua faixa de operação, serie, nível de precisão e robustez.

2.4 Pirômetro ótico

De acordo com o Curso de Instrumentação Industrial, módulo Temperatura do CEFET [1]. O pirômetro óptico é o dispositivo oficial reconhecido internacionalmente para medir temperaturas acima de 1064,43 °C. É usado para estabelecer a Escala Internacional Prática de Temperatura acima de 1064,43 °C.

O pirômetro óptico mede a intensidade de energia radiante emitida numa faixa estreita do comprimento de onda do espectro visível. A intensidade da luz no espectro visível emitida por um objeto quente varia rapidamente com sua temperatura. Assim, com uma pequena variação da temperatura há uma variação muito maior na luminosidade, o que fornece um meio natural para a determinação de temperaturas com boa precisão.

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