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Aplicação de Termopares Tipo K (CrAl) em Frigoríficos e Indústrias Alimentícias

Os termopares tipo K (CrAl) são amplamente utilizados em frigoríficos e indústrias alimentícias para monitorar e controlar a temperatura em processos críticos. Neste artigo, exploraremos os desafios específicos enfrentados, soluções oferecidas e a importância desses sensores para garantir a segurança e qualidade dos produtos alimentícios.

Principais Problemas na Aplicação de Termopares Tipo K (CrAl)

Em ambientes como frigoríficos e indústrias alimentícias, os termopares tipo K (CrAl) frequentemente enfrentam desafios como a exposição a umidade elevada, que pode afetar a precisão das medições ao longo do tempo. Além disso, a presença de vapores e substâncias químicas agressivas pode corroer os materiais do sensor, comprometendo sua durabilidade e confiabilidade.

Problemas de Uso em Ambientes com Vapores e Umidade

A presença constante de vapores e umidade nos ambientes de processamento alimentício representa um desafio significativo para os termopares. Essas condições podem causar condensação nos cabos e conectores, levando à falha prematura do sensor. A escolha de materiais resistentes à corrosão e a implementação de técnicas de vedação adequadas são essenciais para mitigar esses problemas.

Confiabilidade do Processo com Termopares Tipo K (CrAl)

Para assegurar a confiabilidade do processo, os termopares tipo K (CrAl) devem ser projetados com materiais de alta qualidade e construção robusta. Isso inclui proteções adicionais para pequenas quedas e cabos reforçados que suportem o uso diário em ambientes industriais rigorosos. Manter os sensores adequadamente protegidos contra danos mecânicos é crucial para evitar interrupções na operação e garantir a precisão das medições.

Proteção para Pequenas Quedas e Cabos Reforçados

Para minimizar o impacto de pequenas quedas que poderiam danificar os termopares, é recomendável o uso de proteções adicionais ao redor do sensor. Além disso, cabos reforçados com materiais resistentes à abrasão e à tração ajudam a prolongar a vida útil do equipamento, garantindo operações contínuas e confiáveis.

Importância da Calibração do Termopar

A calibração regular dos termopares tipo K (CrAl) é essencial para garantir a precisão das medições de temperatura ao longo do tempo. Desvios na leitura podem resultar em produtos finais fora das especificações ou comprometer a segurança alimentar. Investir em programas de calibração rigorosos é fundamental para manter a conformidade com as normas regulatórias e assegurar a qualidade dos produtos processados.

Termopar tipo K características

Características:

1. Pode ser utilizado em atmosferas inertes e oxidantes.
   
2. Pode ser utilizado, ocasionalmente, para temperaturas abaixo de 0°C devido a sua alta resistência a oxidação.
   
3. Sua boa resistência à oxidação faz com que seja muito usado em temperatura acima de 520°C.
   
4. Em altas temperaturas (entre 800°C a 1.150°C) é mais resistente mecanicamente, do que os termopares de platina tipos “S” e “R”, tendo uma vida útil superior ao tipo FeCo “J”.
   
5. Sua mais importante aplicação ocorre na faixa de 700°C à 1.150°C.
   
6. Vulnerável em atmosferas sulfurosas, com gases como S02 e H2S, requerendo substancial proteção quando utilizado nestas condições.
   
7. Vulnerável em atmosferas redutoras ou de modo alternado oxidante e redutora, requerendo substancial proteção quando utilizado nestas condições.
   
8. Em vácuo devido a vaporização rápida do cromo o mesmo não pode ser usado pois este efeito causa a descalibração do termopar.
   
9. Em temperatura acima de 800°C ocorre o que chamamos de “green-rot” ou corrosão verde, desde que as ligas estejam sendo usadas sob a forma exposta (exemplo, fio montado com isoladores cerâmicos). A corrosão verde ocasiona a descalibração da liga e é tratada em vídeo exclusivo nestes cursos de termometria.

Aplicações:

Metalúrgicas, Siderúrgicas, Fundição, Usina de Cimento e Cal, Vidros, Cerâmica, indústrias em geral.

Faixa de utilização Recomendada na Prática: 0 a 1.150°CASTM-E-230 (ITS -90): Tabela de Milivoltagem definida -270°C à 1.372°C

Faixa de temperatura pelo limite de erro determinado em normas:

ANSI MC 96.1 – 1982 (IPTS-68): -200°C à 1.250°C

IEC 584-2 (1989): -200°C à 1.200°C

Potência termoelétrica dos termopares

É a relação que expressa a quantidade de milivoltagem, gerada a cada grau Celsius de variação de temperatura. A expressão matemática que define a potência termoelétrica é:

           m V

Pt =  ———

           ° C

Como a milivoltagem gerada por 1°C de variação é um número muito pequeno e como a variação da f.e.m. gerada em função da temperatura não é linear, é usual definir‑se a potência termoelétrica média no intervalo de utilização de cada termopar e multiplicar‑se este valor por 100°C.

Figura ‑ Como vemos no gráfico, ΔT1 = ΔT2, mas como a curva não é linear temos a PT1 (Potência Termoelétrica 1) e PT2 (Potência Termoelétrica 2) definida pela tangente dos intervalos considerados. Esse valor deve ser multiplicado por 100 para facilitar o estudo.

A potência termoelétrica é uma grandeza útil na caracterização e comparação de termopares.

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 usualmente aproximada através de uma equação do tipo:

E= A + BT + CT² +…

Onde A, B, C…, são constantes a serem determinadas experimentalmente. 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. Sendo o mais importante que as combinações de fios devem possuir uma relação linear entre temperatura e f.e.m.; e acima de tudo as melhores opções 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, sendo um ponto muito importante na medição de temperatura e 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

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: 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: 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 – Termopar Tipo CrAl Espeto

Termopares Básicos: 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: 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 Termopar Tipo CrAl Espeto

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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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