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TERMOMETRIA
Realizado por:
Gonçalo Valentim
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Indice
Métodos de Transferência de CalorEscalas de TemperaturaTermómetros TermoparTermoresistênciaTermistorTermómetro de Semi-condutoresTermómetro de QuartzoMedição de Temperatura por RadiaçãoCalibraçãoEquipamentos de referênciaComparação de tecnologiasBibliografia
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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.
Métodos de Transferência de Calor
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.
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Escalas de TemperaturaKelvin – TK = TºC + 273.15Celsius - ºCFahrenheit – TºF = TºC.9/5+32Rankine – TºR = TºC.9/5+491.67Reamur – TReamur = 8/10 TºC
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TermómetrosLíquido – 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
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Termómetros
Expansão em tubo de vidro
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TermómetrosExpansão em recipiente metálico
Tubo de BourdonNão recomendável para controloGrande tempo de resposta
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Termómetros
Pressão de Gás
Lei dos Gases Perfeitos
Observa-se que a variação de pressão é linearmente dependente da temperatura, com volume constante
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TermómetrosPressão de Gás
Gás mais comum
N2
Outros
He, H2, CO2
Pressão
20 / 50 atm
Intervalo de medição
-100 ºC / 600 ºC
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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
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Termómetros
Sólidos – (Bi-metálicos)
Escala Linear
Muito utilizados para protecções
Intervalo de Utilização
-50 / 800 ºC
Precisão
-/+ 1%
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Termopar
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Termopar
Efeitos Eléctricos
Efeito de Seebeck
Efeito de Peltier
Efeito Thomson
Efeito de Volta
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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
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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
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Termopar
Tipo E
NiCr - Co+ Cromio-Niquel (Cr 10%, Ni 90%) - Constantan (Cu 58%-Ni42%)Intervalo de temperaturas –200 / 870ºC Aplicações – Química, petroquímica
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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 ….
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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 ….
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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 ….
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Termopar
Tipo B
PtRh 30%- PtRh 6%+ Platina-Rodio (Pt 70%, Rh 30%) - Platina-Rodio (Pt 94%, Rh 6%)Intervalo de temperaturas 600 / 1700ºC Aplicações – Metalúrgicas, Siderúrgicas, Fundição, Fabrico de Cimento ….
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Termopar
Termopares especiais
Tungsténio – RhénioAté 2300 ºC em continuoAté 2750 ºC em curtos períodos
Irídio 40% Rhodio / IrídioAté 2000 ºC em curtos períodos
Pt 40% Rh / Pt 20% RhSubstitutos do Tipo BEm continuo até 1600ºCAté 1800 / 1850 ºC em curtos períodos
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Termopar
Termopares especiais
Ouro – Ferro / CromioPara temperaturas criogénicas
Nicrosil / NisilSubstituto do Tipo K – Com f.e.m. menores
Pt 40% Rh / Pt 20% RhSubstitutos do Tipo BEm continuo até 1600ºCAté 1800 / 1850 ºC em curtos períodos
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Termopar
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Termopar
Correlações da f.e.m. em função da temperatura
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TermoparErros tipicos de montagem de termopares
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Termopar
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Termopar
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Termopar
Pontos Standart de Calibração
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TermoresistênciasPrincipio de Funcionamento
Padrão internacional na faixa de –270 / 660 ºC
Platina, cobre, níquel
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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
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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
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TermoresistênciasPonte de Wheatstone
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Termoresistências
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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
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Termómetros de Semicondutores
-Caracteristicas dos materiais semicondutores são dependentes da temperatura
-Gama de temperaturas: -230 / 150ºC
-Alta sensibilidade
-Boa linearidade
-Grande precisão
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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
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Pirometro optico
Principio de Funcionamento
Gama de temperaturas: 700 / 4000 ºC
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Termometro de infra-vermelhos
Principio de Funcionamento
Gama de temperaturas: -20 / 1000 ºC
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Radiometros ou Pirometros de Radiação
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Calibração
Calibrador electronico multifunção
$5000
Calibrador de temperatura
$100
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Calibração
Calibrador para Pirometros < 400 ºC
$650
Calibrador de muito alta temperatura < 1100 ºC
$10000
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Calibração
Calibrador
Temperatura 0ºC
$1200
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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
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Comparação Tecnologias
Gama de Auto Tempo de Funcionamento Aquecimento Resposta
T. Líquido -100 / 650 ºC Linear - - - 60 s $5T. Gás -100 / 820 ºC Linear - - -
Bi-Metálicos -50 / 800 ºC Linear - - Grande 40 s $40Termopar -270 / 2750 ºC v(T) sobe Não 0.5 / 2 % Grande 50 E-5 s $1.5 / $300
Termoresistências -270 / 270 ºC R(T) sobe Sim 0.01 ºC Média $60 / $100Termistores -100 / 300 ºC R(T) desce Sim 0.01 ºC Baixa $6.5
T. Semicondutores -230 / 150 ºC Linear Sim 0.05 ºC BaixaT. Quartzo -80 / 250 ºC Linear Não 0.01 ºC MédiaPirometros -50 / 4000 ºC Não linear Não 0.1 / 10 ºC Muito Alta 14E-6 s $85 / $4000
PreçoTecnologia Linearidade Precisão Robustez
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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.comwww.amperesautomation.hpg.ig.com.br
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FIM