Definição de Termopares Efeito Seebeck
Ao aquecer a junção de dois metais temos uma força eletromotriz (F.E.M.). Este princípio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilização de termopares para a medição de temperatura.
Um termopar consiste de dois condutores metálicos, de natureza distinta, na forma de metais puros ou de ligas homogêneas.
Os fios são soldados em um extremo ao qual se dá o nome de junta quente ou junta de medição. A outra extremidade dos fios é levada ao instrumento de medição de F.E.M., fechando um circuito elétrico por onde flui a corrente.
O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam ao instrumento de medição é chamado de junta fria ou de referência.
LEIS FUNDAMENTAIS
Da descoberta dos efeitos termoelétricos partiu‑se através da aplicação dos princípios da termodinâmica à enunciação das três leis que constituem a base da teoria termoelétrica nas medições de temperatura com termopares.
Lei do Circuito Homogêneo Termopares e a Definição de Termopares Efeito Seebeck
“A f.e.m. termal, desenvolvida em um circuito termoelétrico de dois metais diferentes, com suas junções às temperaturas T1 e T2, é independente do gradiente de temperatura e de sua distribuição ao longo dos fios”.
Em outras palavras, a f.e.m. medida depende apenas da composição química dos dois metais e das temperaturas existentes nas junções.
Alta Temperatura: O Termopar de isolação Mineral muitas vezes é usado para transpor locais aonde existam altas temperaturas.
Um exemplo de aplicação prática desta lei é que podemos ter uma grande variação de temperatura em um ponto qualquer, ao longo dos fios termopares, que esta não influirá na f.e.m. produzida pela diferença de temperatura entre as juntas.
Portanto, pode‑se fazer medidas de temperaturas em pontos bem definidos com os termopares, pois o importante é a diferença de temperatura entre as juntas.
Lei dos Metais Intermediários e a Definição de Termopares Efeito Seebeck
“A soma algébrica das f.e.m. termais em um circuito composto de um número qualquer de metais diferentes é zero, se todo o circuito estiver à mesma temperatura”.
Assim temos que um circuito termoelétrico, composto de dois metais diferentes, a f.e.m. produzida não será alterada ao inserirmos, em qualquer ponto do circuito, um metal genérico, desde que as novas, junções sejam mantidas a temperaturas iguais.
Lei das Temperaturas intermediárias e a Definição de Termopares Efeito Seebeck
“A f.e.m. produzida em um circuito termoelétrico de dois metais homogêneos e diferentes entre si, com as suas junções às temperaturas T1 e T3 respectivamente, é a soma algébrica da f.e.m. dente circuito, com as junções às temperaturas T1 e T2 e a f.e.m. deste mesmo circuito com as junções às temperaturas T2 e T3”.
CORRELAÇÃO DA F.E.M. EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA.
Visto que a f.e.m. gerada em um termopar depende da composição química dos condutores e da diferença de temperatura entre as juntas, isto é, a cada grau de variação de temperatura, podemos observar uma variação da f.e.m. gerada pelo termopar.
Podemos, portanto, construir uma tabela de correlação entre temperatura e a f.e.m., por uma questão prática padronizou‑se o levantamento destas curvas com a junta de referência à temperatura de 0°C.
Essas tabelas foram padronizadas por diversas normas internacionais e levantadas de acordo com a Escala Prática Internacional de Temperaturas de 1968 (IPTS‑68), para os termopares mais utilizados.
A partir dessas tabelas podemos construir um gráfico, onde estão relacionadas as milivoltagens gerada em função da temperatura, para os termopares segundo a norma ISA, com a junta de referência a 0°C.
A relação da f.e.m. “E” versus a temperatura “T” é dada por uma equação do tipo:
E= A + BT + CT² +…
Onde A, B, C…, são constantes experimentais. Se a junta de referência está a 0°C, então A = 0.
Podemos notar então que esta expressão não é linear.
TIPOS E CARACTERÍSTICAS DOS TERMOPARES
Existem várias combinações de 2 metais condutores operando como termopares. As combinações de fios devem possuir uma relação razoavelmente linear entre temperatura e f.e.m.; devem desenvolver uma f.e.m. por grau de mudança de temperatura, que seja detectável pelos equipamentos normais de medição.
Essas combinações foram feitas de modo a se obter uma alta potência termoelétrica, aliando‑se ainda as melhores características dos fios e resistência à corrosão, na faixa de utilização. Desta forma cada tipo de termopar tem uma faixa de temperatura ideal de trabalho, que deve ser respeitada, para que se tenha a maior vida útil do mesmo.
Podemos dividir os termopares em três grupos, a saber:
‑ Termopares Básicos, Nobres e Especiais
Termopar Básico Tipo CuCo “T” Cobre / Constantan
São assim chamados os termopares de maior uso industrial, em que os fios são de custo relativamente baixo e/ou sua aplicação admite um limite de erro maior.
TIPO “T” adotada Norma ANSI Cobre – Constantan
Cu (+) Cobre: Elemento formado de Cobre 99,9%.
Co (-) Constantan: Elemento formado por Cobre 58% e Níquel 42% (com variações nestes valores dependendo fabricante).
T adotada pela Norma ANSI / CuCo.
Termopar Básico Tipo FeCo “J” Ferro / Constantan
Termopares Básicos: São assim chamados os termopares de maior uso industrial, em que os fios são de custo relativamente baixo e/ou sua aplicação admite um limite de erro maior.
TIPO “J” adotada Norma ANSI Ferro – Constantan
Fe (+) Ferro: Elemento formado de Ferro 99,5%.
Co (-) Constantan: Elemento formado por Cobre 58% e Níquel 42% (com variações nestes valores dependendo fabricante).
J ‑ adotada pela Norma ANSI / FeCo.
Termopar Básico Tipo CrCo “E” Cromel / Constantan
Termopares Básicos: São assim chamados os termopares de maior uso industrial, em que os fios são de custo relativamente baixo e/ou sua aplicação admite um limite de erro maior.
TIPO “E” adotada Norma ANSI Cromel – Constantan
Cr (+) Cromel: Elemento formado de Níquel 90% e Cromo 10%.
Co (-) Constantan: Elemento formado por Cobre 58% e Níquel 42% (com variações nestes valores dependendo fabricante).
E ‑ adotada pela Norma ANSI / CrCo.
Termopar Básico Tipo CrAl “K” Cromel / Alumel
Termopares Básicos: São assim chamados os termopares de maior uso industrial, em que os fios são de custo relativamente baixo e/ou sua aplicação admite um limite de erro maior.
TIPO “K” adotada Norma ANSI Cromel – Alumel
Cr (+) Cromel: Elemento formado de Níquel 90% e Cromo 10% (+)
Al (-) Alumel: Elemento formado de Níquel 95% e Alumínio, Manganês e Silício (-).
K ‑ adotada pela Norma ANSI / CrAl.
CA ‑ Adotada pela Norma JIS
NiCr‑Ni ‑ Adotada pela Norma DIN
Termopar Básico Tipo NicNis “N” Nicrosil / Nisil
Termopares Básicos: São assim chamados os termopares de maior uso industrial, em que os fios são de custo relativamente baixo e/ou sua aplicação admite um limite de erro maior.
TIPO “N” adotada Norma ANSI Nicrosil/ Nisil
Nic (+) Nicrosil: Elemento formado de Níquel 83%, Cromo 14% e Silício a 3%.
Nis (-) Nisil: Elemento formado por Níquel 95% e Silício 5%.
N ‑ Adotada pela Norma ANSI / Nicrosil Nisil
Termopar Nobre Tipo Pt PtRh10% “S” Platina 100% / Platina 90% Ródio 10%
Termopares Nobres: São aqueles que os pares são constituídos de platina. Embora possuam custo elevado e exijam instrumentos receptores de alta sensibilidade, devido à baixa potência termoelétrica, apresentam uma altíssima precisão, dada a homogeneidade e pureza dos fios termopares.
TIPO “S” adotada Norma ANSI PtPtRh10%
Pt90% Rh10% (+) : Elemento formado de Platina 90% e Ródio 10% (+).
Pt100% (-) : Elemento formado de Platina 100% (-).
S ‑ adotada pela Norma ANSI / PtPtRh10%.
Termopar Nobre Tipo Pt PtRh13% “R” Platina 100% / Platina 87% Ródio 13%
Termopares Nobres: São aqueles que os pares são constituídos de platina. Embora possuam custo elevado e exijam instrumentos receptores de alta sensibilidade, devido à baixa potência termoelétrica, apresentam uma altíssima precisão, dada a homogeneidade e pureza dos fios termopares.
TIPO “R” adotada Norma ANSI PtPtRh13%
Pt87% Rh13% (+) : Elemento formado de Platina 87% e Ródio 13% (+).
Pt100% (-) : Elemento formado de Platina 100% (-).
R ‑ adotada pela Norma ANSI / PtPtRh13%.
Termopar Nobre Tipo PtRh6% PtRh30% “B” Platina 94% Ródio 6% / Platina 70% Ródio 30%
Termopares Nobres: São aqueles que os pares são constituídos de platina.
Embora possuam custo elevado e exijam instrumentos receptores de alta sensibilidade, devido à baixa potência termoelétrica, apresentam uma altíssima precisão, dada a homogeneidade e pureza dos fios termopares.
TIPO “B” adotada Norma ANSI PtRh6% PtRh30%
Pt70% Rh30% (+): Elemento formado de Platina 70% e Ródio 30% (+).
Pt94% Rh6% (-): Elemento formado de Platina 94% e Ródio 6% (-).
B ‑ adotada pela Norma ANSI / PtRh6% PtRh30%.
A importância da teoria e dos conceitos
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A teoria e os conceitos em Termopares
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Termopares são fios metálicos de materiais diferentes que quando soldados e aquecidos neste ponto, observa-se uma carga em milivolts que se apresenta de modo proporcional a temperatura, e assim são elementos que se assemelham a termo pilhas.
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