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O que é um termopar? Qual sua importância na indústria?

Termopares Alutal - excelência em termopares

Definição de temperatura

A temperatura é desde sempre muito importante para humanidade, ela foi um dos pilares da nossa evolução, contribuindo para segurança, sobrevivência e até bem estar. Hoje em dia ela causa um profundo impacto no nosso dia-a-dia, seja na medição da temperatura ambiente, corpórea, de equipamentos elétricos e eletrônicos, temperatura de motores a combustão e principalmente em processos industriais.

Podemos conceituar a temperatura como o grau de agitação térmica das moléculas que constituem as substâncias, sendo a grandeza física que permite a avaliação interna de um corpo, a segunda mais usada no mundo, só perdendo para o tempo.

Agitação térmica das moléculas - Alutal
Agitação térmica das moléculas - Alutal

Todos os processos industrias modernos em algum momento da cadeia produtiva se beneficiam da mensuração e controle da temperatura, assim propiciando o controle exigido pela legislação vigente.

Existem 3 formas comuns de se referir a medição de temperura:

  1. Termometria: medição de temperatura
  2. Pirometria: medição de altas temperaturas
  3. Criometria: medição de baixas temperaturas

Termopar, afinal o que é?

O termopar (também chamado de par termoelétricos) é um dos mais importantes sensores utilizado na medição de temperatura nos mais variados segmentos industriais.

Podem ter os mais variados formatos e dimensões conforme o seu uso
Podem ter os mais variados formatos e dimensões conforme o seu uso

São os sensores de temperatura simples, robustos e de baixo custo utilizados nos mais variados processos dado que sua capacidade de medição pode ser aplicada a uma ampla faixa de temperatura.

Os termopares se apresentam como os sensores mais adequados para a medição de temperaturas desde algumas dezenas negativas até milhares de graus Celsius. São os sensores de temperatura mais utilizados no mundo.

Constituído por dois metais distintos, unidos na suas extremidades e conectados a um termômetro termopar ou outro dispositivo com capacidade termopar, formam um circuito fechado que gera uma força eletromotriz quando as duas junções (T1 e T2) são mantidas a temperaturas diferentes.

Diagrama de Funcionamento Termopar
Diagrama de Funcionamento Termopar

A Alutal é hoje reconhecida como a principal fabricante de termopares do Brasil, produzindo os sensores de acordo com seu projeto, assim garantindo que são 100% adequados para medição do seu processo.

Conheça mais sobre os princípios físicos dos termoelementos em nossa Wiki:

Efeito Seebeck

A reação elétrica foi descoberta por acaso, no ano de 1821, pelo físico estoniano Thomas Seebeck.

Quando ele no­tou que, em um circuito fechado, formado por dois condutores distintos A e B, ocorre uma circulação de corrente enquanto existir uma diferença de temperatura DT entre as suas junções.

Denominamos a junta de medição de Tm, e a outra, junta de referência de Tr. A existência de uma f.e.m. térmica AB, no circuito, é conhecida como efeito Seebeck.

Sempre que a temperatura da junta de referência é mantida constante, verifica-se que a f.e.m. térmica é uma função da temperatura Tm da junção de teste, assim, este fato permite utilizar um par termoelétrico como um termômetro.

Efeito Seebeck Termopar
Efeito Seebeck Termopar

Tipos de Termopar

Estão disponíveis em vários tipos ou calibrações, é importante selecionar com cuidado o termopar adequado para a sua aplicação.

Na tabela abaixo estão listados os principais tipos de termopares:

Calibração Elemento Positivo Elemento Negativo Faixa de Temperatura Usual Linha de Erro Standard (Escolha o Maior) Linha de Erro Especial (Escolha o Maior)
Tipo T Cobre
Constantan -200°C~0°C +/-1°C ou +/-1,5% --/--
Tipo T Cobre Constantan 0°C~370°C +/-1°C ou +/-0,75% +/-0,5°C ou +/-0,4%
Tipo J Ferro Constantan 0°C~760°C +/-2,2°C ou +/-0,75% +/-1,1°C ou +/-0,4%
Tipo E Cromel Constantan 0°C~870°C +/-1,7°C ou +/- 0,5% +/-1,0°C ou +/-0,4%
Tipo K Cromel Alumel 0°C~1260°C +/-2,2°C ou +/- 0,75% +/-1,1°C ou +/-0,4%
Tipo N Nicrosil Nisil 0°C~1260°C +/-2,2°C ou +/- 0,75% +/-1,1°C ou +/-0,4%
Tipo S 90% Platina / 10% Rhódio Pt 100% 0°C~1480°C +-1,5°C ou +/- 0,25% +/-0,6°C ou +/-0,1%
Tipo R 87% Platina / 13% Rhódio Pt 100% 0°C~1480°C +/- 1,5°C ou +/- 0,25% +/-0,6°C ou +/-0,1%
Tipo B 70% Platina / 30% Rhódio 94% Platina / 06% Rhódio 870°C~1700°C +/- 0,5% +/-0,25%

Termopar Tipo B

Apresenta características muito parecidas com as dos modelos R e S. Eles são mais estáveis, contudo, devido à sua reduzida sensibilidade, costumam ser utilizados apenas para medir temperaturas acima dos 300°C, até os 1800°C.

Também pode ser adequado para uso no vácuo por curtos períodos. No entanto, ele não deve ser usado em atmosferas redutoras ou que contenham vapores, tanto metálicos quanto não metálicos. Esse equipamento não deve ser inserido diretamente num tubo de proteção primário metálico, e requer a utilização de isoladores e tubos de proteção cerâmicos de alta alumina.

Termopar Tipo E

Pode ser utilizado em atmosferas oxidantes, inertes ou vácuo. Contudo, não é indicado para atmosferas alternadamente oxidantes e redutoras.

Em comparação com outros termopares usualmente utilizados, possui maior potência termoelétrica – algo bastante vantajoso para quem deseja detectar pequenas variações de temperatura.

Termopar Tipo J

Pode ser utilizado em atmosferas redutoras, neutras ou oxidantes. Contudo, não é recomendado em atmosferas com alto teor de umidade e também em baixas temperaturas, pois o termoelemento JP pode se tornar quebradiço.

Termopar Tipo K

Se destaca por ser de uso genérico. Ele possui um baixo custo, e por sua popularidade está disponível nas mais diversas sondas. As temperaturas cobertas por esse produto variam entre -200°C e 1200°C.

Termopar Tipo N

A sua grande estabilidade e resistência à oxidação a altas temperaturas o torna mais adequado para medições a temperaturas elevadas, sem recorrer aos termopares que incorporam platina na sua constituição (tipos B, R e S). Foi projetado para ser uma 'evolução' do tipo K.

Termopar Tipo S

Pode ser utilizado em atmosferas inertes ou oxidantes. Ele apresenta um bom índice de estabilidade quando exposto a altas temperaturas ao longo do tempo, se destacando por ser superior à dos termopares não constituídos de platina.

Porém, os termoelementos desse aparelho não devem ficar expostos a atmosferas redutoras ou então com vapores metálicos. O indicado é que eles jamais sejam inseridos diretamente em tubos de proteção metálicos, mas primeiramente num tubo de proteção cerâmico com as seguintes especificações: fabricado com alumina (Al2O3) de alto teor de pureza (99,7%), comercialmente denominado tipo 799 (antigo 710).

Contudo, vale ressaltar que existem disponíveis no mercado tubos cerâmicos com teor de alumina de 67%, denominados tipo 610, mas sua utilização para termopares de platina não é recomendável.

Termopar Tipo T

É indicado para atmosferas inertes, oxidantes ou redutoras. Ele conta com uma boa precisão por conta de uma grande homogeneidade com que o cobre pode ser processado.

Nas temperaturas acima de 300°C, a oxidação do cobre se torna muito intensa, reduzindo, então, sua vida útil e provocando desvios em sua curva de resposta original.

Termopar Tipo R

Possuem as mesmas características dos Termopares do tipo S, sendo adequado para medição de temperaturas até aos 1600 °C, porém por ter seu custo mais elevado não é tão comum sua utilização na indústria de forma geral.

Qual a diferença entre termopar e termorresistência?

Existem dois termoelementos muito usuais para a medição de temperatura: termopares e termoresistências. Apesar dos nomes parecidos, cada um deles tem suas próprias características e funcionamentos.

Os termopares transformam energia térmica em energia cinética e são adequados para temperaturas elevadas até 1700°C, apresentam baixo custo e são utilizados nos mais variados processos e em amplas faixas de temperatura.

Enquanto as termoresistências são sensores de alta precisão e boa repetibilidade de leitura, baseados no princípio da variação da resistividade elétrica de um metal em função da temperatura.

Geralmente a termorresistência é feita de platina, mas também podem ser utilizados outros materiais, como por exemplo o níquel e sua faixa de utilização vai de -200ºC a 650ºC.

As principais diferenças entre eles são:

Termopar Termoresistência
- Baseia-se na tensão
- Maior resistência a temperaturas
- Mais econômicos
- Baseia-se na resistência
- Maior precisão
- Curva de resistência em função da temperatura mais linear

Conheça as 5 principais vantagens do Termopar sobre a Termorresistencia (RTD)

  1. Custo menor quando comparado com RTD na mesma faixa
  2. Range de temperatura maior do que as termorresistências
  3. Melhor tempo de resposta
  4. Mecanicamente mais robusto
  5. Pode ser utilizado em locais com muita vibração

Como escolher o sensor de temperatura correto?

É fundamental que seja corretamente especificado respeitando a sua aplicação.

Usar sensores com características inapropriadas podem acarretar erros de medição, falhas no processo e baixa vida útil.

Assista ao vídeo abaixo para descobrir qual o melhor termopar:

Nossos engenheiros destacam 5 pontos que a serem observados:

  1. Determinar em detalhes a aplicação onde será instalado
  2. Analisar cuidadosamente a variação de temperatura existente no local que o termopar será exposto
  3. Avaliar cuidadosamente qualquer resistência química que o termopar será exposto durante seu funcionamento
  4. Considerar a necessidade de abrasão e/ou resistência a vibração
  5. Criar uma lista com todos os requisitos de instalação (observar a compatibilidade com o equipamento existente; orifícios existentes podem determinar o diâmetro da sonda, etc)

Importancia da calibração dos sensores de temperatura

Tão importante quanto a escolha do sensor adequado é a sua devida calibração.

É através dela que podemos validar se o instrumento corresponde entre uma grandeza física conhecida ou padronizada e as suas leituras.

A calibração deve seguir padrões de mercado como a Acreditação RBC da CGCRE (Coordenação Geral de Acreditação), ABNT NBR ISO/IEC 17025, entre outras.

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Termopares fabricados pela Alutal

Dúvidas frequentes

Abaixo listamos as dúvidas mais frenquentes sobre Termopares e medição de temperatura. Clique sobre o título para acessar o conteúdo.

Qual a diferença entre Calor e Energia?

Calor é energia térmica em trânsito, que ocorre em razão das diferenças de temperatura existentes entre os corpos ou sistemas envolvidos. Para se aprofundar, vale a pena estudar sobre a primeira lei da termodinâmica, que é o princípio da conservação da energia aplicada a sistemas termodinâmicos.

Energia é a capacidade que um corpo tem de realizar trabalho. Para aprofundar, pesquise sobre a segunda lei da termodinâmica, que nos mostra as limitações impostas pela natureza quando se transforma calor em trabalho.

Quais as formas de transferência de calor?

O calor é um tipo de energia que pode ser transferido de um corpo para o outro quando há diferença de temperatura entre eles. A transferência de calor pode ocorrer de três formas: radiação, condução e convecção.

A radiação térmica, também conhecida como irradiação, é uma forma de transferência de calor que ocorre por meio de ondas eletromagnéticas. Como essas ondas podem propagar-se no vácuo, não é necessário que haja contato entre os corpos para haver transferência de calor.

Condução é o processo de transferência de energia através de um meio material, sem transporte de matéria. a energia térmica se propaga de partícula para partícula do meio. Ocorre principalmente nos materiais sólidos, esse processo é mais eficiente em materiais como os metais, que são bons condutores de calor.

Convecção é a forma de transferência de calor comum para os gases e líquidos.

Os termopares atuam através da transferência de calor pela condução, todavia podem ser utilizados em todos os tipos de ambientes (radiação, condução ou convecção).

O que é um sensor de temperatura e quais os seus tipos?

Um sensor de temperatura é um dispositivo que responde a um estímulo físico/químico de maneira específica e mensurável analogicamente.

Os sensores de temperatura podem ser:

  • Termômetros de líquido em vidro
  • Termopares
  • Resistores sensíveis a Temperatura (termistores)
  • Termorresistência (RTD do inglês Resistance Temperature Detector ou Resistive Thermal Devices)
  • Termômetros Bimetálicos
O que são Termopares especiais?

São termopares que usam materiais nobres nos elementos positivos e negativos, por exemplo, Termopar Ouro/Platina (Au/Pt), Tungstênio–Rhênium (Tipo W, D, C), Irídio 40%-Rhodio/Irídio.

Quais os tipos de montagem que um Termopar pode ter?

Os Termopares podem ter 3 tipos de montagem:

Convencional: São montados de forma simples, através de Isoladores e Blocos de Ligação Cerâmicos.

Isolação Mineral: Conhecido também como TIM (Termopar de Isolação Mineral), É constituído de uma bainha de proteção metálica em que os condutores são altamente compactados com óxido de magnésio proporcionando uma ótima isolação elétrica, ficando os condutores completamente isolados das condições ambientais.

Flexíveis: Ideais para a utilização na indústria de transformação de plástico ou em aplicações onde são necessários: facilidade de instalação, fácil remoção e rápido tempo de resposta.

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