2012 - · PDF file25/11/2012 3 Conceitos de Temperatura Calor, temperatura,...

25/11/2012 1

2012

25/11/2012 2 2

Instrumentação e Controle

de Temperatura

25/11/2012 3

Conceitos de Temperatura

Calor, temperatura, equilíbrio térmico, sensação de frio e

quente são termos conhecidos e utilizados por todos nós

com um sentido restrito ao uso cotidiano.

O conceito de temperatura está associado ao seguinte

fato experimental, conhecido como lei zero da

Termodinâmica:

Dois sistemas em equilíbrio térmico com um terceiro,

estão em equilíbrio térmico ente si.

TEMPERATURA: Consiste no grau de agitação das

moléculas.É uma medida do nível da intensidade

calorífica de pressão térmica de um corpo.

CALOR: É a energia que é transferida entre um sistema

e seu ambiente, devido a uma diferença de temperatura

que existem entre eles.

Medição e Controle de Temperatura

25/11/2012 4

A Lei Zero da Termodinâmica

Dois sistemas em equilíbrio térmico com um terceiro, estão em

equilíbrio térmico ente si.

Assim, dois sistemas em equilíbrio térmico entre si estão à mesma

temperatura. Para saber se dois sistemas têm a mesma temperatura

não é necessário colocá-los em contato térmico entre si, bastando

verificar se ambos estão em equilíbrio térmico com um terceiro corpo,

chamado termômetro.


25/11/2012 5

A Primeira Lei da Termodinâmica

A energia interna (U) do sistema é a soma de todas as energias (cinética,

potencial, etc.) de todas as partículas que o constituem e, como tal, é uma

propriedade do sistema, ou seja, DU só depende dos estados inicial e final da

transformação considerada.

No caso em que a energia interna do sistema pode variar por troca de energia

com a vizinhança na forma de trabalho (W) e calor (Q) temos:

DU = Q – W

Onde W representa o trabalho do sistema sobre a vizinhança e Q, a quantidade

de energia na forma de calor que flui da vizinhança para o sistema.


http://www.ufsm.br/gef/TraExp.htm

http://www.ufsm.br/gef/CalEsp.htm

25/11/2012 6

A Segunda Lei da Termodinâmica

Na natureza observa-se que é possível a passagem espontânea de energia na

forma de calor apenas de um corpo de temperatura maior a outro de

temperatura menor. A segunda lei da Termodinâmica dá conta desta falta de

correspondência.

A segunda lei da Termodinâmica pode ser enunciada da seguinte maneira

(enunciado de Kelvin): “É impossível realizar um processo cujo único efeito

seja a produção de trabalho às custas da energia na forma de calor

retirada de uma única fonte térmica”.

A segunda lei da Termodinâmica pode, também, ser enunciada da seguinte

maneira (enunciado de Celsius): “É impossível realizar um processo cujo

único efeito seja a transferência de energia na forma de calor de uma

fonte para outra a temperatura maior.”


25/11/2012 7

Teoria Cinética dos Gases Ideais

As leis de Boyle e de Gay-Lussac valem para gases ideais. Ou seja, valem

para um gás real na medida em que ele se comporta como ideal. Pela teoria

cinética vimos que a pressão aumenta à medida que o volume diminui (lei de

Boyle) porque as moléculas colidem com maior freqüência com as paredes do

recipiente, e que a pressão aumenta com o aumento da temperatura (lei de

Gay-Lussac) porque a elevação da temperatura aumenta a velocidade média

das moléculas e, com isso, a freqüência das colisões com as paredes e a

transferência de momentum.

O sucesso da teoria cinética mostra que a massa e o movimento são as únicas

propriedades moleculares responsáveis pelas leis de Boyle e de Gay-Lussac.


25/11/2012 8

Escalas de Temperatura

Escalas mais utilizadas : A Celsius,

que divide a medição de temperatura

em 100partes iguais, denominadas

graus centígrados, e a Fahrenheit,

que é dividida em 180 partes iguais

denominados graus Fahrenheit.

A escala graus Fahrenheit é usada

em muitos países de língua inglesa.

A escala Kelvin é a escala absoluta

de temperatura.


25/11/2012 9

Escala KELVIN (Temperatura Termodinâmica), ou Escala Absoluta.

O físico irlandês William Thomson (lorde Kelvin) chegou à conclusão de que, se

a temperatura mede a agitação das moléculas, então a menor temperatura

possível aconteceria quando as moléculas estivessem em repouso absoluto. A

esse estado de repouso térmico chamamos zero absoluto. Baseado no

conceito de temperatura, ele criou a Escala Absoluta, conhecida como Escala

Kelvin.

Ele descobriu em laboratório que, para cada grau Celsius abaixado, a pressão

de um gás diminuía 1/273, portanto a pressão seria zero quando ele abaixasse

273 graus. Em um gás a pressão também depende do movimento das

moléculas, por isso a pressão zero só poderia acontecer quando as moléculas

estivessem em repouso absoluto. E, assim, foi estabelecido o zero absoluto.

Seguindo o raciocínio, isto é, subindo de grau em grau, Kelvin definiu o ponto

de fusão do gelo de água em 273K e o ponto de ebulição da água em 373K.


25/11/2012 10

Medição Direta

25/11/2012 11

Termômetros de Ponteiro

Instrumento de indicação, alarme, monitoração e controle

de temperatura para qualquer tipo de aplicação industrial,

com precisão , robustez, e confiança

Características

Robusto e resistente à vibração

Alta precisão (Classe 1)

Resposta rápida

Não requer alimentação elétrica

A ponta sensora é preenchida com um gás (geralmente

Nitrogênio ou Argônio). Mudanças de temperatura causa

mudança de pressão no gás que se expande, provocando

um curvamento num bourdon que movimenta o ponteiro .


25/11/2012 12

Termômetro de Expansão


Termômetro que contém um

bulbo de vidro, e no seu interior

um material termo-sensível. Na

medida que a temperatura

aumenta, este liquido tem seu

volume aumentado, fazendo com

que seu nível marque a escala

graduada adjunta ao bulbo

25/11/2012 13

Termômetro “Capela”


Termômetro de expansão, que tem

instalado uma proteção de alumínio

anodizado e haste de latão de 25 a 1000

mm, rosca opcional, capilar redondo

branco ou amarelo, conforme norma

DIN.

25/11/2012 14

Termômetro de expansão de Gás com capilar

Com funcionamento

idêntico aos de

expansão comum. São

utilizados em processos

industriais onde o fluido

do processo não é

agressivo ao Aço

inoxidável AISI 316

Aplicação: Para

processos químicos e

petroquímicos,

alimentícios, papel e

celulose


25/11/2012 15

Baseia-se no fenômeno da dilatação linear

dos metais com a temperatura.

O termômetro bimetálico consiste em

duas laminas de metais com coeficientes

de dilatação diferentes sobrepostas,

formando uma só peça. Variando-se a

temperatura do conjunto, observa-se um

encurvamento que é proporcional a

temperatura.

Na prática a lamina bimetálica é enrolada

em forma de espiral ou hélice, o que

aumenta bastante a sensibilidade. O

termômetro mais usado é o de lamina

helicoidal, e consiste em um tubo bom

condutor de calor, no interior do qual é

fixado um eixo que por sua vez recebe um

ponteiro que se desloca sobre uma

escala.

Termômetro Bi-metálico


25/11/2012 16

Termômetro Bi-metálico


25/11/2012 17

NBR 13881 – Termômetros bimetálicos – Recomendações

de fabricação e uso – Terminologia, segurança e calibração

Objetivos: Fixa as condições exigíveis do termômetro bimetálico para uso industrial, no

que concerne aos aspectos de terminologia, recomendações gerais dimensionais e

construtivas, especificações de segurança e de utilização e procedimentos de ensaio.

Promover a intercambialidade, estabelecendo uma série de hastes dom dimensões

padronizadas preferenciais, tais como comprimento e diâmetros.


25/11/2012 18


de fabricação e uso – Terminologia, segurança e

calibração

Faixas de indicação

(Recomendadas):

Para aplicações

industriais e

comerciais:

•- 30°C a 70°C

• 0°C a 60°C

• 0°C a 100°C

• 0°C a 160°C

• 0°C a 250°C

• 0°C a 400°C

Para laboratório,

termômetros

frigoríficos e de

bolso:

•- 50°C a 50°C

• 0°C a 60°C

• 0°C a 100°C

• 0°C a 160°C

• 0°C a 250°C

• 0°C a 400°C


25/11/2012 19


de fabricação e uso – Terminologia, segurança e calibração

Calibração:

Conceito de exatidão: grau de concordância verificada na comparação de indicadores de temperatura

entre o valor observado no instrumento e um valor aceito como verdadeiro. Considera-se o erro máximo

admissível aquele resultado desta comparação, expresso em porcentagem da faixa de indicação do

instrumento. O erro de exatidão inclui histerese e repetibilidade, mas não o erro causado por atrito ou

paralaxe.

Procedimento: do começo ao fim da calibração, a temperatura do banho deverá ser medida usando-se

um padrão de referência calibrado com uma exatidão quatro vezes melhor que o termômetro a ser

calibrado. Imergir a haste do termômetro até a profundidade recomendada pelo fabricante. Antes de

iniciar a calibração efetuar um pré-ciclo de imersão da haste em banhos quente e frio com temperaturas

perto dos valores máximo e mínimo da faixa nominal. As leituras devem ser tomadas aproximadamente a

da faixa de indicação:

a) 50% da faixa de indicação;

b)100% da faixa nominal de indicação;

O termômetro pode ser levemente batido antes de cada leitura, de modo a minimizar os erros de atrito.


25/11/2012 20

Medição Indireta

25/11/2012 21

Termopares (Thermocouples)

Teoria Termoelétrica

O fenômeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por

T. J. Seebeck, quando ele notou que em um circuito fechado

formado por dois condutores metálicos e distintos A e B,

quando submetidos a um diferencial entre as suas junções,

ocorre uma circulação de corrente elétrica ( i ).

A existência de uma força eletro-motriz (F.E.M.)EAB , ou

tensão, no circuito é conhecida como Efeito Seebeck, e este se

produz pelo fato de que a densidade de elétrons livres num

metal, difere de um condutor para outro e depende da

temperatura.

Quando este circuito é interrompido, a tensão do circuito

aberto (Tensão de Seebeck ) torna-se uma função das

temperaturas das junções e da composição dos dois metais.

Denominamos a junção na qual está submetida à temperatura

a ser medida de Junção de Medição (ou junta quente) e a

outra extremidade que vais se ligar no instrumento medidor de

junção de referência (ou junta fria).


25/11/2012 22

O elemento termopar consiste em dois fios de diferentes ligas

metálicas, emendados juntos num ponto onde será medida a

temperatura. Esta junção gera uma pequena tensão quando

aquecida. Esta tensão é em função da temperatura da

junção.

A relação entre a temperatura da junção e a tensão de saída

varia para diferentes tipos de termopares.

No instrumento de medição, a tensão do termopar na junta

de referência depende do material do fio do termopar a da

diferença de temperatura entre a junção sensora e a junção

de referência.

A temperatura da junção de referência deve ser mantida

constante. Se isto não for possível, a conexão do termopar

ao instrumento de medição deve ser feita usando um cabo de

compensação . Por este método, o sinal de saída do

termopar pode ser transmitido, para temperatura acima de

200°C , sem perda significantes de precisão.

Termopares (Thermocouples)


25/11/2012 23

Compensação da Temperatura Ambiente (Tr)

Para se usar o termopar como medidor de

temperatura, é necessário conhecer a F.E.M.

gerada e a temperatura da junção de referência

Tr.

O sinal total que será convertido em

temperatura pelo instrumento será a

somatória do sinal do termopar e da

compensação, resultando na indicação

correta da temperatura na qual o

termopar está submetido (independendo

da variação da temperatura ambiente).

Termopar Tipo K sujeito a 100°C

na junção de medição e 25°C na

borneira do instrumento.


25/11/2012 24

NBR 12771- Tabela de referência de Termopares

Objetivo: Esta norma estabelece as tabelas de referência usadas na conversão de força eletromotriz

térmica gerada pelo termopar em função da temperatura .

Tipos de Termopares:

Termopar tipo R (0 a 1600°C): Composto de platina pura(-) e uma liga de platina(+) contendo um teor

de ródio o mais próximo possível de 13% em peso.

Termopar tipo S (0 a 1600°C): : Compostos de platina pura(-) e uma liga de platina(+) contendo um

teor de ródio o mais próximo possível de 10% em peso

Termopar tipo B (600 a 1700°C): Feito de ligas cujas composições nominais em peso são platina -

30% ródio(+) e platina - 6% ródio(-).

Termopar tipo J (-40 a 750°C): Compostos de ferro comercialmente puro(+) e uma liga de níquel(-)

contendo 45% a 60% de cobre em peso, conhecida com Constantan.

Termopar tipo T (-200 a 350°C): Compostos de cobre comercialmente puro(+) e uma liga de níquel(-)

contendo 45% a 60% de cobre em peso.

Termopar tipo E (-200 a 900°C): Compostos de ligas comerciais do tipo níquel-cromo(+) e níquel-

cobre(-).

Termopar tipo K (-200 a 1200°C): Compostos de ligas comerciais do tipo níquel-cromo(+) e níquel-

manganês-silício-alumínio(-).

Termopar tipo N (-200 a 1200°C): Compostos de ligas níquel-cromo-silício(+) e níquel-silício(-).


25/11/2012 25

Classes de tolerância para os termopares (junção de referência a 0°C

NBR 12771- Tabela de referência de Termopares


25/11/2012 26


Curvas Características de Termopares

25/11/2012 27

Fios e cabos de extensão e compensação (ou fios e cabos compensados), nada mais

são que outros termopares, cuja função além de conduzir o sinal gerado pelo sensor,

é a de compensar os gradientes de temperatura existentes entre a junção de

referência (cabeçote) do sensor e os bornes do instrumento, gerando um sinal

proporcional de milivoltagem a este gradiente.

Fios e Cabos de Extensão são condutores fabricados com as mesmas ligas dos

termopares a que se destinam; portanto apresentam a mesma curva F.E.M. x

temperatura. Os fios e cabos de extensão são usados com os termopares de base

metálica ou básicos tipo T, J, E e K. Apesar de possuírem as mesmas ligas dos

termopares, apresentam um custo menor devido a limitação de temperatura que podem

ser submetido, pois sua composição química não é tão homogênea quanto a do

termopar.

Fios e Cabos de Compensação são os condutores fabricados com ligas diferentes dos

termopares a que se destinam, mas também apresentando a mesma curva F.E.M. x

temperatura dos termopares. São usados principalmente com os termopares nobres

(feitos a base de platina) tipos S e R, porém pode-se utilizá-lo em alguns termopares

básicos e com os novos tipos que ainda não estão normalizados.


Fio e Extensão e Cabos de Compensação

25/11/2012 28

Cores de Termopares


25/11/2012 29


Cores de Termopares

25/11/2012 30


Cores de Termopares

25/11/2012 31

A função do cabeçote é a de proteger os contatos

do bloco de ligação, facilitar a conexão do tubo

de proteção e do conduíte, além de manter uma

temperatura estável nos contatos do bloco de

ligação, para que os contatos feitos de materiais

diferentes do termopar não interfiram no sinal

gerado por ele .

O Cabeçote a Prova de Tempo, é um cabeçote

mais robusto, indicado ambientes onde é

necessário a proteção contra os efeitos do meio

ambiente como umidade, gases não inflamáveis,

poeiras, vapores e vedação (gaxetas), que fazem

a vedação contra o tempo, vapor, gases e pó.

Seu corpo é feito de alumínio ou ferro fundido

com sua tampa rosqueada para maior proteção.


Cabeçotes

25/11/2012 32

Sensor de entrada programável: termopares tipos

J,K,T,N,E,R,S e Pt100 RTD.

Saída 4-20mA a 2 fios (alimentado pelo loop).

Power supply: 12 to 30 Vdc.

Saída de corrente linearizada e com compensação de

junta-fria para termopares.

Pt100 a 2 u 3 fios, com linearização.

Precisão: +-0.2% do fundo de escala para Pt100 e 0.3%

do fundo de escala para os termopares.

Efeito da Temperatura: 0.003% SPAN/ºC.

Temperatura de trabalho:-40 to +85ºC.

Proteção para quebra de sensor programável para início

ou fim da escala.


Transmissor de Temperatura (Termopar)

25/11/2012 33

O poço termométrico tem a função de

proteger os termoelementos contra a ação do

processo (ambientes agressivos, esforços

mecânicos entre outros).

É fornecido com meio para ligação estanque

do processo, ou seja, veda o processo contra

vazamentos, perdas de pressão,

contaminações e outros.

Genericamente usa-se o poço onde as

condições do processo requisitam alta

segurança e são críticas tais como altas

temperaturas e pressões, fluidos muito

corrosivos, vibrações e alta velocidade de

fluxo.

Poços Termométricos


25/11/2012 34

Recomendações para Seleção, Instalação e Uso do Termopares

A escolha de um termopar para uma determinada aplicação deve ser feita considerando-

se todas as características e normas exigidas pelo processo como:

Faixa de Temperatura;

Precisão;

Estabilidade;

Repetibilidade;

Condições de Trabalho ;

Velocidade de Resposta;

Potência Termoelétrica;

Custo.

Para a perfeita instalação e uso, deve-se atentar com vários detalhes de montagem

como por exemplo o comprimento de inserção: O comprimento da proteção e do sensor

deve ser de tal forma que acomode a junção de medição bem no meio do ambiente em

que se deseja medir a temperatura.

Um comprimento de inserção mínimo recomendado por norma é de no mínimo 10 (dez)

vezes o diâmetro externo da proteção (bainha, tubo ou poço), para minimizar os erros

causados pela condução de calor ao longo da proteção.


25/11/2012 35

Recomenda-se também uma distância mínima de 100mm do cabeçote à

parede do processo, para nunca exceder a temperatura máxima de utilização

dos fios e cabos de extensão e compensação.

Deve-se instalar os poços e tubos de proteção em locais onde o fluido a ser

medido esteja constante movimento, pois zonas de estanque não indicam a

temperatura real do processo além de dar um atraso na resposta. Em

processos com temperaturas elevadas, deve-se em alguns casos montar o

poço na posição vertical, em cotovelo ou em ângulo para se conseguir um

comprimento de inserção mínimo e uma boa resistência mecânica.


Recomendações para Seleção, Instalação e Uso do Termopares

25/11/2012 36

PT100 As termoresistências ou bulbos de resistência ou

termômetros de resistência ou RTD, são sensores

que se baseiam no princípio da variação da

resistência ôhmica em função da temperatura.

Elas aumentam a resistência com o aumento da

temperatura.

Seu elemento sensor consiste de uma resistência

em forma de fio de platina de alta pureza, de níquel

ou de cobre (menos usado) encapsulado num bulbo

de cerâmica ou vidro.

Entre esses materiais, o mais utilizado é a platina

pois apresenta uma ampla escala de temperatura,

uma alta resistividade permitindo assim uma maior

sensibilidade, um alto coeficiente de variação de

resistência com a temperatura, uma boa linearidade

resistência x temperatura e também ter rigidez e

ductibilidade para ser transformada em fios finos,

além de ser obtida em forma puríssima.


http://www.omega.com/ppt/pptsc.asp?ref=F3105_3100_W2100_2200&nav=temc13

http://www.omega.com/ppt/pptsc.asp?ref=TFD_RTD&nav=temc13

25/11/2012 37

PT100 - Termorresistência de Platina

A termorresistência de platina é a mais usada industrialmente devido a sua

grande estabilidade e precisão.

Convencionou-se chamá-la de PT100, (fios de platina com 100 a 0ºC).

Sua faixa de trabalho vai de -200 a 650ºC, porém a ITS-90 padronizou seu uso

até 962ºC aproximadamente.

Aplicações típicas:

Processos industriais

Plantas

Aquecedores dágua (Boilers)

Sistemas de aquecimento

Sistemas de ar condicionado

Sistemas de ventilação

Fogões


25/11/2012 38


25/11/2012 39

Ponte de Wheatstone para Termoresistências de Platina

Existem normalmente dois instrumentos principais para determinar a resistência ôhmica

das termorresistências, que são pontes de medição (Ponte de Wheatstone) e os

eletrônicos.

O circuito em ponte é bastante utilizado em laboratórios, devido a sua alta precisão e em

alguns sistemas industriais. A ponte de Wheatstone, quando apresenta uma relação de

resistência R1 . R3 = R2 . R4 , esta se encontra balanceada ou em equilíbrio e desta

forma não circula corrente pelo galvanômetro pois os potenciais nos pontos A e B são

idênticos. Portanto conhecendo-se os

valores de R1 e R2, e

ajustando a resistência R3

até que a ponte fique em

equilíbrio, tem-se através de

R3 o valor de R4 e portanto o

valor ôhmico da

termoresistência.

R1 . R3 = R2 . R4


25/11/2012 40

PT100

Ligação a dois

fios

Ligação a três

fios


25/11/2012 41

NBR 13773 – Termorresistência Industrial De Platina -

Requisitos e métodos de ensaio

Objetivo: Especifica os requisitos

e métodos de ensaio de

termorresistência industrial de

platina(TIP), para medição de

temperatura, cuja resistência

elétrica é uma função definida de

temperatura.

Esta norma abrange a

termorresistência industrial de

platina, revestida ou não,

adequada para a faixa de

temperatura de –200°C a +850°C,

com duas classes de tolerância.


25/11/2012 42

NBR 13773 – Termorresistência Industrial de Platina

Calibração: O ensaio de calibração

tem por finalidade constatar se toda

TIP atende os níveis de tolerância

exigidos nesta norma. O ensaio

deve contemplar um número de

pontos suficientes, de acordo com a

faixa de utilização pretendida para o

sensor, em atendimento à ITS-90.

Normalmente emprega-se para o

ensaio de calibração uma corrente

de 1 mA, para evitar o efeito do

auto-aquecimento

A TIP deve ser levada lentamente até o limite

superior de sua faixa de temperatura e depois

exposta ao ar em temperatura ambiente. Ela

deve então ser levada lentamente até o limite

inferior de sua faixa de temperatura e depois

exposta ao ar em temperatura ambiente. Em

cada limite a TIP deve ser imersa até pelo

menos a sua profundidade de imersão de

calibração declarada e deve ser mantida na

temperatura por tempo suficiente para

alcançar o equilíbrio. Este procedimento

deve ser repetido 10 vezes. Como resultado

deste ensaio, a resistência a 0°c não deve ser

mudada em mais do que o equivalente a

0,15°C para TIP de classe A e 0,30°C para a

TIP de classe B.


25/11/2012 43

Vantagens e Desvantagens de Termorresistência (PT100) x Termopar

Vantagens:

a) Possuem maior precisão dentro da faixa de utilização do que os outros

tipos de sensores.

b) Tem características de estabilidade e repetibilidade melhores do que

os termopares.

c) Com ligação adequada, não existe limitação para distância de

operação.

d) Dispensa o uso de fios e cabos de extensão e compensação para

ligação, sendo necessário somente fios de cobre comuns.

e) Se adequadamente protegido ( poços e tubos de proteção ), permite a

utilização em qualquer ambiente.

f) Curva de Resistência x Temperatura mais linear.

g) Menos influenciada por ruídos elétricos.


25/11/2012 44

Desvantagens:

a) São mais caras do que os sensores utilizados nesta mesma faixa.

b) Range de temperatura menor do que os termopares.

c) Deterioram-se com mais facilidade, caso se ultrapasse a temperatura

máxima de utilização.

d) É necessário que todo o corpo do bulbo esteja com a temperatura

estabilizada para a correta indicação.

e) Possui um tempo de resposta mais alto que os termopares.

f) Mais frágil mecanicamente

g) Autoaquecimento, exigindo instrumentação sofisticada.


Vantagens e Desvantagens de Termorresistência (PT100) x Termopar

25/11/2012 45


Transmissor de Temperatura (Termopar)

25/11/2012 46

ITS-90 – International Temperature Scale - 1990

Quando queremos construir uma escala de temperatura, o

primeiro passo é isolar um fenômeno térmico facilmente

reprodutível e arbitrariamente, associar uma certa

temperatura Kelvin ao seu ambiente térmico. Em outras

palavras, selecionamos um ponto fixo padrão. O padrão

mais usado é o PONTO TRIPLO DA ÁGUA.

O ponto triplo da água corresponde

ao ponto em que a água, o gelo e o

vapor de água coexistem em

equilíbrio). Uma "célula" de ponto

triplo é mostrada ao lado. A célula

é resfriada até que a água, gelo, e

vapor de água estejam em equilíbrio.

A temperatura é 273.16 K por

definição. Um termômetro pode ser

calibrado inserindo-o no tubo central.


25/11/2012 47

CALIBRAÇÃO:

O ponto triplo da água é o mais

importante ponto fixo

termoelétrico definido usado em

calibração de termômetros na

ITS-90 (International Temperature

Scale of 1990). Ele é o ponto fixo

comum para a escala

termodinâmica de temperatura

Kelvin e a ITS-90. O seu valor é

de 273.16 K (0.01°C).

Outros pontos fixos adotados:



25/11/2012 48

CALIBRAÇÃO:

DEFINIÇÃO DA ESCALA INTERNACIONAL DE TEMPERATURA DE 1990

Entre 0,65 K e 5.0 K T90 é definida em termos das relações de temperatura de pressão

de vapor do 3He e 4He.

Entre 3,0 K e o ponto triplo de Neon (24,5561 K) T90 é definido por meio de um

termômetro de gás de hélio calibrado em três temperaturas experimentalmente

realizáveis que possuem valores numéricos atribuídos (pontos fixos de definição) e

usando-se procedimentos de interpolação especificados.

Entre o ponto triplo de equilíbrio do hidrogênio (13,8033 K) e o ponto de solidificação da

prata (961,78°C) T90 é definida por meio de termômetros de resistência de platina

calibrados em conjuntos específicos de pontos fixos de definição e usando-se

procedimentos de interpolação especificados.

Acima do ponto de solidificação de prata (961,78°C) T90 é definida em termos de um

ponto fixo de definição e da lei de radiação de Planck.



25/11/2012 49

Os “termômetros de resistência” funcionam baseados no fato de que a resistência de

uma grande gama de materiais varia com a temperatura; de um modo geral, os metais

aumentam a resistência com a temperatura, ao passo que os semicondutores

diminuem a resistência com a temperatura, como está mostrado na fig. 1.



25/11/2012 50

Instrumento digital

portátil, de dois canal,

com LCD de 3 1/2

dígitos, resolução de

1°C ou 1°F, precisão

básica de 0.3%+2°C,

congelamento de

leitura e função T1 -

T2.

Realiza medidas de

temperatura na faixa

de -50°C a 1300°C ou

-58°F a 1999°F, com

uso de termopar tipo

K.

Instrumento digital

portátil, tipo vareta, a

prova de água, LCD

de 3 1/2 dígitos,

resolução de 0,1°C

ou 0,1°F, precisão

básica de 3°C,

registro de máximo e

mínimo.

Realiza medida de

temperatura na faixa

de -10°C a 200°C ou

14°F a 392°F.


Termômetros Portáteis

25/11/2012 51

A tecnologia infravermelha não é um fenômeno novo, ela tem sido utilizada com sucesso

em setores industriais e de pesquisa durante décadas, mas inovações tem reduzidos

custos, ampliado a confiabilidade, e resultou em sensores infravermelhos para medição

de temperatura sem contato.

Quais as vantagens da medição de temperatura sem contato ?

É rápida (na faixa de ms), permitindo mais medições e acumulação de dados

Medições podem ser feitas em objetos perigosos ou fisicamente inacessíveis (partes

com alta-voltagem, medições a grande distância)

Facilidade de medição quando o alvo está em movimento

Medições de altas temperaturas(maiores que 1300°C) não apresentam problemas. Em

casos similares, termômetros comuns não podem ser utilizados ou tem a sua vida útil

reduzida

Em casos de maus condutores de calor como plástico e madeira, medições são

extremamente precisas sem distorções dos valores, se comparado com medições com

termômetros de contato.


Medição por Infra-vermelho

25/11/2012 52

Em suma, as principais vantagens da medição de temperatura por infra-vermelho são a

velocidade, ausência de interferência e possibilidade de medição de altas temperaturas

até 3000°C. Lembrando que apenas temperaturas na superfície dos materiais podem ser

medidas.

Os termômetros de infra-vermelhos podem ser comparados ao olho humano. As lentes

do olho representa a parte ótica que faz com que a radiação(fluxo de fótons) vindos dos

objetos pela atmosfera, alcancem a camada fotossensível (retina). Isto é convertido em

um sinal que é enviado ao cérebro.

A figura abaixo apresenta o processo de medição por infravermelho


25/11/2012 53

Toda forma de matéria com temperatura(T) acima do zero absoluto emite radiação

infravermelha de acordo com a temperatura. Isto é chamado de radiação característica. A

causa disto é o movimento mecânico interno das moléculas. A intensidade deste

movimento depende da temperatura do objeto. Como o movimento das moléculas

representa deslocamento de cargas, radiação eletromagnética(fótons) é emitida. Estes

fótons movem-se coma velocidade da luz e comportam-se de acordo com os princípios

óticos conhecidos. Eles podem ser defletidos,

focados por lentes, ou

refletidos por superfícies

reflexivas. O espectro desta

radiação tem faixa de 0,7 a

1000 µm de comprimento de

onda. Por esta razão, a

radiação não pode ser

normalmente vista a olho nu.

Esta área encontra-se na

área de luz vermelha da luz

visível e desta forma tem

sido chamada de

infravermelha.


25/11/2012 54



25/11/2012 55



25/11/2012 56 56

Fim!!!

2012 - · PDF file25/11/2012 3 Conceitos de Temperatura Calor, temperatura,...

Documents

Transcript of 2012 - · PDF file25/11/2012 3 Conceitos de Temperatura Calor, temperatura,...