Noções Básicas de Irradiação Térmica
Destacamos os seguintes tipos de pirômetros, que cima de tudo é a melhor hoje em uso nos processos da indústria e laboratórios.
Radiação Total
Sensor que possui como grandeza física a Radiação Eletro Magnética
e como transdutor o detector de radiação (termo pilha) e sua faixa de medição é de 0°C à +5000°C.
Radiação Seletiva
Sensor que possui como grandeza física a f.e.m. (força eletro motriz) ou Resistência e como transdutor o Foto-Diodo ou Sensor de Radiação e sua faixa de medição é de 0°C à +5000°C.
Ótico Automático
Sensor que possui como grandeza física a Concentração de espectro de Radiação e como transdutor o Detector foto Elétrico e sua faixa de medição é de +750°C à +5000°C.
Ótico Manual
Sensor que possui como grandeza física a concentração Espectral de Luminosidade e como transdutor o Olho Humano e sua faixa de medição é de +750°C à +5000°C.
Radiação Infravermelha – Câmeras de imageamento térmico
A radiação é relacionada com à temperatura.
- Radiação é a transmissão de energia por meio do espaço a uma certa velocidade.
- Radiação é o que irradia, relacionada a raios.
- A energia emitida pela radiação tem forma de ondas eletromagnéticas = Energia Radiante.
- Energia Radiante é classificada pelo comprimento da onda: Exemplos: Raio X, Ultravioletas (UV), Luz visível, raios infravermelhos (IV), ondas de rádio e TV.
Utilizamos os Termovisores em Diversas Áreas…
O que é a radiação infravermelha?
Os raios infravermelhos foram descobertos em 1800, por Sir William Herschel, um astrónomo inglês, quando tentava descobrir quais as cores do espectro que eram responsáveis pelo aquecimento dos objetos. Concluiu que a temperatura aumentava à medida que se passava do violeta para o vermelho, mas mais, descobriu que a maior temperatura ocorria para além do vermelho, para além do visível.
Os raios caloríficos são hoje conhecidos como raios infravermelhos. Quanto mais quente está o objeto, maior é a radiação. Radiação infravermelha é sinónimo de radiação de calor. Os raios infravermelhos fazem parte do espectro eletromagnético. Este tipo de radiação, no vácuo, desloca-se à velocidade da luz, relativamente ao observador. A visão humana apenas detecta uma pequena parte desse espectro, cujo comprimento de onda se situa entre 0,4 µm e 0,7 µm.
Os raios infravermelhos têm um comprimento de onda superior aos visíveis, podendo ser divididos em ondas curtas (2-5 µm) e ondas longas (8-14 µm), sendo que é neste último intervalo que trabalham as câmaras termográficas utilizadas em edifícios.
William Herschel 1738 -1822
William Herschel (ou Sir Frederick William Herschel) nasceu em Hanôver, na Alemanha, no dia 15 de novembro de 1738. Aos 19 anos ele abandonou o serviço militar e mudou-se para a Inglaterra, onde lá se naturalizou inglês e começou a ganhar a vida com música e organista. Com o passar do tempo, começou a levar os estudos de astronomia e matemática a sério, até que em ele adquiriu um telescópio e junto com sua irmã começou a observar o seu noturno.
O inventor dos raios infravermelhos foi Sir Frederick William Herschel nascido em Hanover, na Alemanha em 1738.
Ele foi muito conhecido tanto como músico quanto como astrônomo. No ano de 1757 emigra à Inglaterra onde, com sua filha Carolina, construíram um Telescópio. O seu descobrimento mais famoso foi o do planeta Urano no ano de 1781. No ano de 1800, o Senhor William Herschel fez outro descobrimento muito importante.
Sir Frederick William Herschel
Interessou-se em verificar quanto calor passava pelos filtros de diferentes cores ao serem observados ao sol. Percebeu então que esses filtros de diferentes cores deixavam passar diferente nível de calor. Continuando com esse experimento, Herschel fez passar a luz do sol por um prisma de vidro e com isto se formou um espectro (o “arco íris” que é formado quando a luz é dividida nas suas cores). Fazendo contróis de temperatura nas diferentes cores desse espectro, e conferiu que, além de vermelho fora das radiações visíveis, a temperatura era mais elevada.
Ele achou que esta radiação invisível por cima do vermelho age da mesma maneira desde o ponto de vista da reflexão, refração, absorção e transmissão que a luz visível.
Era a primeira vez que alguém demonstrava que tinha outra maneira de iluminação ou radiação, que era invisível ao olho humano. Esta radiação inicialmente foi denominada por Raios caloríficos e depois pelos Infravermelhos (infra: significa abaixo). Ou seja, debaixo do nível de energia do vermelho.
O ano 2000 marcou o 200° aniversário do descobrimento de William Herschel, do infravermelho, e este aniversário acha a tecnologia infravermelha em plena expansão em todas suas aplicações. A astronomia, a medicina, a segurança pública, no resgate, na eletrônica, na meteorologia, a engenharia de processos, a manutenção industrial, a análise de vegetação, o estudo das temperaturas dos océanos por nomear algumas delas. Nem só se acha em plena expansão senão que também se perfila como uma tecnologia de uso massivo a mediano prazo.
Max Planck (1858-1947)
Em 1900, o físico alemão Max Planck (1858-1947), em um trabalho sobre a radiação emitida por corpos aquecidos, conhecida como radiação de corpo negro, criou a teoria dos quanta ou teoria quântica, estabelecendo um novo conceito na física, o da quantização de energia.
Enquanto a física clássica trata de corpúsculos com distribuição contínua de energia, a física quântica abre espaço para a concepção de um mundo granular. Em substituição à visão contínua da natureza da matéria, introduz a ideia de que nem todos os valores de energia são possíveis, ou seja, a energia é quantizada e varia em quantidades denominadas “pacotes”, o que Plank chamou de quantum (daí o termo física quântica).
Mais tarde, essas unidades discretas de energia foram chamadas de fótons. Foi por meio dessas ideias que Einstein pôde explicar o efeito fotoelétrico, cujas aplicações são vastas na indústria moderna.
A Constante de Planck
Segundo Planck, a energia é quantizada, ou seja, não pode haver qualquer quantidade de energia, mas somente múltiplos de um valor mínimo fundamental. A menor quantidade de radiação de energia é o quantum. Um quantum de energia (E) é diretamente proporcional à frequência (f) da radiação:
E = h · f
Nessa expressão, h é uma constante denominada constante de Planck. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a energia é medida em joules, a frequência é medida em hertz e a constante de Planck é medida em joule vezes segundo e seu valor é h = 6,63 · 10–34 J · s.
Como determinou Planck, a emissão ou absorção de energia só pode ocorrer em valores múltiplos de h · f; assim, a energia total emitida será:
E = n · h · f
Dessa forma, n é um número inteiro positivo (1, 2, 3, …) chamado de número quântico.
Erro (%) x Temperatura – Sensor Infravermelho
Uma forma fácil de entender os erros que os sensores infravermelhos apresentam em função das diferentes faixas espectrais existentes seria o gráfico da figura 10.
Neste gráfico vemos uma representação dos erros que o micro bolômetro, termo usado para os sensores cuja faixa espectral é de 8 µm a 14 µm apresenta para temperaturas até 1030°C. Neste ponto temos um erro na medição de aproximadamente 7,5% (curva “LT”).
As demais curvas representam o erro em faixa espectral conforme segue:
LT = 8 µm a 14 µm
G5 = Vidro
MT = chama 3,43 µm e 4,20 µm
3M = 2,3 µm
2M = 1,6 µm
1M = 1,0 µm
0,8 = 700 nm
0,5 = 525 nm
Além do erro aqui representado os instrumentos possuem erros inerentes a sua eletrônica que podem variar dependendo dos fabricantes, de 1% à 2% que precisam ser somados ao erro do sensor infravermelho.
Vamos a um exemplo:
1) Na curva LT (8 a 14 µm):
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SENSORES DE TEMPERATURA
Sensores de temperatura são transdutores que alteram uma ou mais de suas características físicas ao se equalizar com o meio a ser determinada a temperatura. A maioria dos sensores se utiliza a transmissão de calor por contato, para assimilar a energia do meio.
Entre os instrumentos baseados nesse princípio, incluem-se os que utilizam:
- Alterações Físicas: como volume, pressão, dilatação;
- Alterações Elétricas: como resistência ôhmica, geração de f.e.m.
Alguns instrumentos (Pirômetros Óticos e de Radiação) utilizam a radiação emitida por um corpo. Neste caso, o elemento de medição assumirá uma temperatura diferente daquela do corpo cuja temperatura se deseja determinar, todavia uma proporcionalidade é mantida.
A importância da teoria e dos conceitos – Noções Básicas de Irradiação Térmica
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A teoria e os conceitos em Termopar – Noções Básicas de Irradiação Térmica
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