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ÍNDICE
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Mediçao de Temperatura por Infravermelho e Suas Aplicaçoes
A temperatura é, certamente, umas das grandezas físicas mais medidas e controladas em aplicações industriais. Os sensores mais utilizados são os Termopares e RTDs (Pt100) que utilizam o princípio de medição por contato. Entretanto, existem inúmeras aplicações nas quais não podemos utilizar sensores convencionais em função de dificuldades e especificidades de aplicações e segmentos industriais.
A OMEGA Engineering Brasil oferece produtos e soluções para medição e controle de processos e elaborou esse e-book especialmente para auxiliar os profissionais das mais diversas áreas a superar os desafios técnicos e realizar a medições de temperatura utilizando a tecnologia de infravermelho.
Medição de Temperatura por Infravermelho e suas Aplicações
1 - Introdução à Tecnologia de Infravermelho
1.1. Princípio de Funcionamento
2 - Locais com Difícil Acesso ou Perigosos
3 - Máquinas e Equipamentos com Partes Móveis
4 - Grandes Intervalos de Temperatura e Temperaturas Elevadas
5 - Interferências de Campos Magnéticos
6 - Corpos com Baixa Condução de Calor e Superfícies Delicadas
7 - Sensores de Temperatura Infravermelho
7.1. Tipos de Sensores Infravermelhos
8 - Materiais Técnicos
9 - A OMEGA Engineering
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Lente (1)
Transdutor(2)
CircuitoEletrônico
(3)
Display(4)
Controlador(5)
Mecanismo Simplificado da Técnica de Espectrofotometria
Introdução à Tecnologia de Infravermelho1
Os sensores de temperatura podem ser divididos em duas categorias: medição por contato e sem contato. Termopares, RTDs e termistores são os sensores de temperatura por contato mais comumente utilizados em aplicações industriais de medição de temperatura. Eles devem entrar em contato com o objeto ou substância que desejamos conhecer a temperatura e, por esse motivo, o tempo de resposta é mais lento, uma vez que devemos esperar o equilíbrio térmico para executarmos uma medição correta.
Os sensores de temperatura sem contato medem a radiação infravermelha emitida por um objeto ou substância. Como não há contato entre instrumento e o sistema que será medido, o tempo de exposição é muito menor e a medição é muito mais rápida.
É muito comum utilizarmos os sensores de temperatura infravermelhos quando nos deparamos com um grande desafio técnico que impede a aplicação de sensores mais triviais, como o termopar ou o RTD (Pt100). A seguir, vamos apresentar alguns desafios técnicos cuja solução mais adequada é aplicar a tecnologia de infravermelho para medir a temperatura.
Todo corpo com temperatura acima do zero absoluto (0 Kelvin = -273°C) emite radiação eletromagnética a partir da sua superfície. Essa radiação está diretamente relacionada com a temperatura do corpo.
Existem diferentes tipos de sensores de temperatura infravermelho, mas a estrutura básica deles é composta de: (1) conjunto óptico para capturar e concentrar os feixes de radiação em um (2) transdutor que converterá a radiação em um sinal elétrico que será amplificado, linearizado, estabilizado e condicionado por um (3) circuito eletrônico dedicado, por fim o valor medido será apresentado em um (4) display ou transmitido para um (5) controlador.
1.1 Princípio de funcionamento
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Envase de Produtos Químicos
Linha de Transmissão
Mecanismo Simplificado da Técnica de Espectrofotometria
Distribuição de Energia
Utilizamos sensores infravermelhos em ambientes agressivos. O sensor de temperatura por contato estaria exposto à corrosão, por exemplo, em indústrias químicas, na mineração e na produção de fertilizantes.
No segmento de energia, nas aplicações de transmissão e distribuição, é comum fazermos inspeções para saber se existe alguma sobrecarga que pode ser detectada através do aquecimento excessivo de cabos, terminais e emendas. Os sensores infravermelhos são mais indicados, pois com um mesmo sensor é possível monitorar diversos pontos, já que a medição não é contínua. Outro ponto importante é que a medição pode ser feita pelo usuário de uma distância segura, já que a medição acontece sem contato.
Locais com difícil acesso ou perigoso2
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Na indústria de óleo e gás, para evitar o uso de equipamentos para área classificada, intrinsicamente seguros e à prova de explosão, podemos utilizar sensores infravermelhos, quando for possível posicionar o sensor fora dessas áreas, mesmo que o corpo que se deseja medir esteja em um ambiente explosivo.
Refinaria de Petróleo
Que, quando utilizamos sensores infravermelhos em aplicações que apresentam longas distâncias entre sensores e controladores, podemos evitar altos custos com cabos especiais e também garantir uma medição precisa?
VocêSabia?
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Medir a temperatura em um processo produtivo que apresenta partes móveis é sempre desafiador para os sensores por contato. Essas são aplicações ideais para os sensores infravermelhos. A seguir, alguns exemplos:
MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS COM PARTES MÓVEIS3
Linha de Produção de Garrafas e Recipientes de Vidro Alimentos em Uma Esteira Transportadora
Geradores Eólicos Hidrogeradores
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Misturadores Verticais nas Indústrias Química, Sucroalcooleira, de Plásticos e Alimentícia
A radiação infravermelha foi descoberta em 1666 por Isaac Newton, quando ele separou a energia eletromagnética da luz solar, passando luz branca através de um prisma de vidro que quebrou o feixe em cores do arco-íris. Em 1800, Sir William Herschel deu o passo seguinte, medindo a energia relativa de cada cor. Ele também descobriu energia além do que é visível. No início dos anos 1900, Planck, Stefan, Boltzmann, Wien e Kirchhoff também fizeram importantes descobertas sobre a radiação Infravermelha.
VocêSabia?
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Grandes intervalos de temperatura e temperaturas elevadas4
Na siderurgia muitos processos atingem elevadas temperaturas, podendo alcançar 1.500°C, inviáveis para os sensores de temperatura por contato. Outro desafio são as grandes variações de temperaturas observadas no aquecimento e resfriamentos dos metais, onde os sensores infravermelhos apresentam alta precisão comparado a outros sensores. Por esses motivos, os sensores infravermelhos são amplamente utilizados na siderurgia e metalurgia.
Fundição de Aço na Indústria Siderúrgica
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Interferências de campos magnéticos5
Uma das maneiras mais fáceis de medir a temperatura é com um termopar. Os termopares têm desempenho confiável na maioria dos ambientes, no entanto, eles são suscetíveis aos efeitos dos campos eletromagnéticos. A tensão induzida pelo campo eletromagnético irá influenciar na medição ou poderá também resultar no aquecimento por indução do termopar, dos conectores e dos cabos. Nas proximidades de antenas de transmissão de sinais de telefonia, rádio e TV, bem como nas indústrias que produzem esses equipamentos, a incidência de campos eletromagnéticos é elevada. Nessas aplicações, recomenda-se utilizar sensores infravermelhos.
A incidência de campos eletromagnéticos reforça o uso de sensores infravermelhos nas aplicações de transmissão e distribuição de energia.
Termografia no Setor de Energia Elétrica
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Alguns materiais, como polímeros e madeiras, apresentam baixa condutividade térmica, ou seja, o calor encontra dificuldade em se propagar nestes materiais, criando um desafio para conhecer a sua temperatura, dependo dos pontos de medição. Nestes casos, os sensores infravermelhos são indicados, uma vez que o tempo de resposta é muito mais rápido, evitando a dissipação do calor.
Existem também o desafio de medir a temperatura de uma superfície sensível e delicada, em que um sensor por contato pode danificar o produto, como na indústria de couro.
Corpos com baixa condução de calor e superfícies delicadas6
Linha de Produção de Couro
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Tenha sempre em mente que, para podermos utilizar os sensores de temperatura infravermelho, devemos nos atentar aos seguintes pontos:
• O conjunto óptico, que é responsável por captar as ondas infravermelhas, deve estar sempre protegido contra o depósito e acúmulo de poeira, líquidos e incidência de vapores.
• O corpo do qual queremos conhecer a temperatura deve estar visível. Poeira, fumaça e névoa poderão tornar a medição menos precisa.
• O sensor infravermelho mede a temperatura da superfície. É importante avaliar cuidadosamente aplicações onde o corpo apresentar diferenças significativas entre as temperaturas interna e externa.
• A relação entre a distância do sensor e do corpo, e o diâmetro do cone que capta a temperatura por infravermelho.
Sensores de temperatura Infravermelho7
Medição de Temperatura de Um Motor: Distância Incorreta (acima) e Distância Correta (abaixo)
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7.1 Tipos de Sensores Infravermelhos
Compacto
Portátil
Compactos, leves e fáceis de usar
Indicado para solução de problemas elétricos, reparos e manutenção automotiva e de ares-condicionados, manufatura de semicondutores, auditorias de energia e de HVAC.
OS-FS OS685U
OS561
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Com montagem fixa
Papel, plásticos espessos, borracha, alimentos e materiais orgânicos, assim como metais pintados e superfícies sujas, oxidadas ou oleosas, são medidos com precisão e segurança.
Para aplicações industriais ou em laboratório. Três intervalos de temperatura disponíveis: 0 a 100°C; -18 a 260°C e -18 a 538°C
É uma opção compacta para medição de temperatura em locais perigosos. Ele usa a segurança intrínseca como método de proteção, enquanto que pirômetros à prova de explosão normalmente têm invólucros volumosos.
Este minitransmissor é ideal para aplicações em ambientes de difícil acesso, confinados ou adversos.
OS137
OS136
OSMINIUSB
OSAT
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Para uso em processos e aplicações de controle de qualidade. Possui sinal de saída compatível com qualquer instrumentação de termopar padrão J, K, T ou E.
Robusto e completo. É ideal para aplicações de medição e controle que envolvem metais, vidro e semicondutores.
Termovisores
Conte com a ajuda da nossa equipe de engenheiros para assessorá-lo na seleção dos equipamentos de medição de temperatura mais adequados para a sua aplicação.
Monitoramento e diagnóstico de linhas de transmissão e distribuição de energia, inspeções de tubulações em petroquímicas, engenharia civil, ferrovias e pesquisas diversas.
IR2C
OSXL160
OS36-01
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