A CALIBRAÇÃO TERMOPARES

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3.3.1 Termômetros de haste de vidro

Os termômetros de hastes de vidro, também conhecidos como termômetros clínicos e de laboratório, são um tipo de termômetro de líquido que contêm o material acondicionado em um bulbo que, ao se dilatar com o calor, sobe em um tubo capilar graduado. São utilizados, normalmente, o mercúrio e alguns produtos orgânicos, como os alcoóis. Para o último, adiciona-se um corante para melhorar a visualização.

A faixa do termômetro de mercúrio, por esse congelar-se a -38°C, varia usualmente de -38°C a 350°C. Esse limite, porém, pode ser elevado até 700°C, desde que se utilize vidro adequado e injeção de gás especial no capilar a fim de que o mercúrio não evapore. Por essas mesmas razões, os termômetros de álcool podem ser utilizados na faixa de -70 a 100°C.

Os termômetros de haste não permitem leitura remota e tampouco fornecem sinais para sistemas de controle. São, portanto, apenas indicadores locais.

Um exemplo de termômetro de haste de vidro é mostrado na figura 1.

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Figura 1 – Exemplo de termômetro de haste de vidro.

3.3.2 Termopares

Os termopares são os sensores de temperatura mais empregados nas aplicações industriais, devido a sua confiabilidade, baixo custo e padronização, além de sua precisão, estabilidade e repetibilidade satisfatórias. Abrangem, também, uma grande faixa de temperatura e sua resposta é rápida. Sua principal desvantagem é a ocorrência de corrosão, principalmente quando em exposição às temperaturas próximas do limite superior do equipamento.

O princípio do termopar é baseado no descoberto por Seebeck, que afirma que qualquer diferença de temperatura entre as junções de dois metais diferentes gera uma diferença de potencial, ou seja, uma força eletromotriz entre essas junções. Após essa descoberta, Peltier e Thomson estudaram mais profundamente esse efeito termoelétrico e concluíram que o potencial é determinado pelos seguintes fatores: ele é proporcional à diferença de temperatura entre as junções; depende da combinação de metais diferentes; e depende da homogeneidade do material.

O termopar é constituído da junção de dois metais diferentes. Suas pontas soltas, quando em temperaturas diferentes da junção soldada, apresentarão, portanto, uma diferença de potencial proporcional à de temperatura. Se elas estiverem colocadas em um banho de temperatura conhecida, o termopar pode ser calibrado com a utilização da diferença de potencial como indicador da temperatura da junta soldada.

O diâmetro do fio pode interferir no tempo de resposta do instrumento. Por isso, procura-se sempre usar o menor diâmetro possível. Por fim, os termopares podem ser diferenciados por ter a capa de proteção ou os fios protegidos, pelos tipos de juntas, entre outras características, como demonstrados pela figura 2.

[pic 5]

Figura 2 – Exemplos de termopares.

Para a calibração dos termopares, plota-se um gráfico da temperatura marcada pelo termopar versus a temperatura marcada pelo termômetro ou equipamento (banho termostático). A seguir, definem-se as constantes de calibração A e B a partir do ajuste de uma função linear aos dados da curva obtida anteriormente. A equação a ser ajustada é a equação (4).

[pic 6]

3.3.2.1 Tipos de termopares

Os termopares usuais são padronizados e organizados em um código alfabético. Como exemplo do sistema de abreviação de materiais e polaridade, pode-se mostrar:

Mat.: Pt-Rh30 / Pt-Rh6 (–)

Essa relação trata-se de um termopar no qual seu elemento positivo (+) é uma liga metálica de 70% de platina e 30% de ródio; e seu elemento negativo (–) é outra liga de 94% de platina e 6% de ródio. Quando a liga possuir um nome, ou designação técnica, esse precede a composição. Já a abreviação “Ident.” indica uma maneira de identificarem-se os condutores do termopar. A sigla “A.P.O.E.” significa “atmosfera permissível para operação exposta” e “P.T.” é a potência termoelétrica.

Os limites máximos de temperatura para cada tipo de termopar dependem da vida útil desejada, da margem de segurança adotada e do diâmetro dos fios empregados na fabricação do termopar. Além disso, o limite máximo também depende da bitola dos condutores.

Alguns exemplos de termopares padronizados são mostrados abaixo.

- Termopar Tipo B

Mat.: Pt-Rh30 / Pt-Rh6 (–).

Ident.: (–) é mais duro.

P.T. média: 1,05 mV / 100°C.

Faixa: 600°C a 1700°C.

A.P.O.E.: inerte ou fracamente oxidante.

Obs.: A altas temperaturas possui menor deriva e maior resistência mecânica que os tipos S e R.

- Termopar Tipo E

Mat.: Cromel (Ni-Cr10) / Constantan (Cu-Ni42) (–).

Ident.: (+) é mais duro.

P.T. média: 7,64 mV / 100°C.

Faixa: 0°C a 750°C.

A.P.O.E.: inerte e oxidante.

Obs.: Eventualmente usado abaixo de 0°C. Possui maior deriva que outros metais nobres.

- Termopar Tipo J

Mat.: Fe / Constantan (Cu-Ni42) (–).

Ident.: (+) é magnético.

P.T. média: 5,65 mV / 100°C.

Faixa: 0°C a 750°C.

A.P.O.E.: inerte ou redutora.

Obs.: Baixo custo.

- Termopar Tipo K

Mat.: Cromel (Ni-Cr10) / Alumel (Ni95, 4-Mn1,8-Si1,6-Al1,2) (–).

Ident.: (–) é levemente magnético.

P.T.