Termopar é um tipo de sensor de temperatura muito simples, robusto, barato e de fácil utilização. O dispositivo gera electricidade a partir de diferenças de temperatura.Dois fios condutores de electricidade, por exemplo, o cobre e uma liga de cobre-níquel chamada constantan, quando unidos em uma de suas extremidades, geram uma tensão eléctrica, que pode ser medida na outra extremidade, se existir diferença de temperatura entre elas. Como a diferença de potencial é proporcional à diferença de temperatura entre suas junções, este princípio, denominado efeito Seebeck em homenagem ao cientista que o descreveu, é amplamente utilizado para medir temperatura na indústria, em muitos tipos de máquinas e equipamentos.
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
Um termopar é um transdutor básico que compreende dois pedaços de fios dissimilares, unidos em uma das extremidades. Nada mais simples do que isso. Entretanto, sem algum conhecimento sobre seu funcionamento não é possível compreender como podem ser usados como termómetros.
EFEITOS TERMOELÉTRICOS
Os efeitos termoeléctricos recebem essa denominação porque envolvem tanto calor quanto electricidade. Podem ser identificados três efeitos termoeléctricos diferentes, porém inter-relacionados. O efeito Seebeck é o relevante para os termopares enquanto os efeitos Peltier e Thomson descrevem o transporte de calor por uma corrente eléctrica.
EFEITO DE SEEBECK
O circuito para um termómetro termopar é ilustrado na Figura 1. Ambas as junções, de medição e de referência estão em ambientes isotérmicos (de temperatura constante), cada uma numa temperatura diferente. Fios de cobre conectam a junção de referência ao instrumento. A tensão de circuito aberto através da junção de referência é a chamada tensão de Seebeck e aumenta à medida que a diferença de temperatura entre as junções aumenta. Os físicos levaram um grande tempo para provar como o efeito de Seebeck funciona. Parte do problema reside no fato de que a tensão de Seebeck somente é observada em um circuito completo que envolva pelo menos dois tipos de fios.
Entretanto, os físicos conseguiram demonstrar que o efeito de Seebeck ocorre para qualquer par de pontos que não estejam à mesma temperatura, em qualquer parte de um fio condutor eléctrico, embora, na prática ela seja observada com dois fios diferentes. O termopar, que opera sob o efeito Seebeck é, portanto, diferente da maioria dos outros sensores de temperatura uma vez que sua saída não está directamente relacionada à temperatura, mas sim ao gradiente de temperatura, ou seja, da diferença de temperatura ao longo do fio termopar.
MODELO DE MEDIÇÃO
Existe uma variedade de meios em que o termopar pode ser incorporado como um sensor capaz de medir temperatura de um sistema físico.
É necessário garantir que a junção de medição esteja numa condição isotérmica, daí a importância de imergir o termopar a uma profundidade adequada (grosseiramente entre 10 e 20 vezes seu diâmetro externo – incluindo as protecções). Pelo fato de o transdutor responder a um gradiente de temperatura, ele deve ser conectado a dois sistemas físicos em duas temperaturas diferentes.
A junção de referência deve ser isotérmica para propiciar uma temperatura conhecida e auxiliar na obtenção de uma interface do sinal, que isola o sensor da instrumentação. Os fios de transmissão do sinal da junção de referência até o instrumento estão frequentemente em um meio mais controlado do que aquele de outros sensores de temperatura, especialmente se a junção de referência estiver dentro do instrumento. Se o instrumento for um voltímetro, a interpretação dos dados requererá informação extra a respeito da temperatura de referência e da tabela do termopar, caso contrário esta informação pode estar incluída no instrumento e a temperatura ser indicada directamente.
Os termopares são os sensores de temperatura mais amplamente utilizados. Encontram aplicação nos mais variados processos, em ampla faixa de temperatura. Deve-se atentar para a tolerância do processo a ser medido.
Termopares
Os termopares disponíveis no mercado têm os mais diversos formatos, desde os modelos com a junção a descoberto que têm baixo custo e proporcionam tempos de resposta rápidos, até aos modelos que estão incorporados em sondas. Está disponível uma grande variedade de sondas, adequadas para diferentes aplicações (industriais, científicas, investigação médica, etc...).
Quando se procede à escolha de um termopar deve-se ponderar qual o mais adequado para a aplicação desejada, segundo as características de cada tipo de termopar, tais como a gama de temperaturas suportada, a exactidão e a confiabilidade das leituras, entre outras. Em seguida fornece-se o nosso guia (com o seu quê de subjectivo) para os diferentes tipos de termopares.
Tipo K (Cromel / Alumel)
O termopar tipo K é um termopar de uso genérico. Tem um baixo custo e, devido à sua popularidade estão disponíveis variadas sondas. Cobrem temperaturas entre os -200 e os 1370 °C, tendo uma sensibilidade de aproximadamente 41µV/°C.
Termoelemento positivo (KP): Ni90%Cr10% (Cromel)
Termoelemento negativo (KN): Ni95%Mn2%Si1%Al2% (Alumel)
Faixa de utilização: -270°C a 1200°C
f.e.m. produzida: -6,458 mV a 48,838 mV
Tipo E (Cromel / Constantan)
Este termopar tem uma elevada sensibilidade (68 µV/°C) que o torna adequado para baixas temperaturas.
Termoelemento positivo (EP): Ni90%Cr10% (Cromel)
Termoelemento negativo (EN): Cu55%Ni45% (Constantan)
Faixa de utilização: -270°C a 1000°C
f.e.m. produzida: -9,835 mV a 76,373 mV
Tipo J (Ferro / Constantan)
A sua gama limitada (-40 a 750 °C) é a responsável pela sua menor popularidade em relação ao tipo K. Aplica-se sobretudo com equipamento já velho que não é compatível com termopares mais ‘modernos’. A utilização do tipo J acima dos 760 °C leva a uma transformação magnética abrupta que lhe estraga a calibração.
Termoelemento positivo (JP): Fe99,5%
Termoelemento negativo (JN): Cu55%Ni45% (Constantan)
Faixa de utilização: -210°C a 760°C
f.e.m. produzida: -8,096 mV a 42,919 mV
Tipo N (Nicrosil / Nisil)
A sua elevada estabilidade e resistência à oxidação a altas temperaturas tornam o tipo N adequado para medições a temperaturas elevadas, sem recorrer aos termopares que incorporam platina na sua constituição (tipos B, R e S). Foi desenhado para ser uma “evolução” do tipo K.
Tipo B (Platina / Ródio-Platina)
Os termopares tipo B, R e S apresentam características semelhantes. São dos termopares mais estáveis, contudo, devido à sua reduzida sensibilidade (da ordem dos 10 µV/°C), utilizam-se apenas para medir temperaturas acima dos 300 °C. Note-se que devido à reduzida sensibilidade destes termopares, a sua resolução de medida é também reduzida.
Adequado para medição de temperaturas até aos 1800 °C. Contra aquilo que é habitual nos outros termopares, este origina a mesma tensão na saída a 0 e a 42 °C, o que impede a sua utilização abaixo dos 50 °C.
Termoelemento positivo (BP): Pt70,4%Rh29,6% (Ródio-Platina)
Termoelemento negativo (BN): Pt93,9%Rh6,1% (Ródio-Platina)
Faixa de utilização: 0°C a 1820°C
f.e.m. produzida: 0,000 mV a 13,820 mV
Tipo R (Platina / Ródio-Platina)
Adequado para medição de temperaturas até aos 1600 °C. Reduzida sensibilidade (10 µV/°C) e custo elevado.
Termoelemento positivo (RP): Pt87%Rh13% (Ródio-Platina)
Termoelemento negativo (RN): Pt100%
Faixa de utilização: -50°C a 1768°C
f.e.m. produzida: -0,226 mV a 21,101 mV
Tipo S (Platina / Ródio-Platina)
Adequado para medição de temperaturas até aos 1600 °C. Reduzida sensibilidade (10 µV/°C), elevada estabilidade e custo elevado.
Termoelemento positivo (SP): Pt90%Rh10% (Ródio-Platina)
Termoelemento negativo (SN): Pt100%
Faixa de utilização: -50°C a 1768°C
f.e.m. produzida: -0,236 mV a 18,693 mV
Tipo T (Cobre / Constantan)
É dos termopares mais indicados para medições na gama dos -270 °C a 400 °C.
Termoelemento positivo (TP): Cu100%
Termoelemento negativo (TN): Cu55%Ni45% (Constantan)
Faixa de utilização: -270°C a 400°C
f.e.m. produzida: -6,258 mV a 20,872 mV
fontes: wikipédia e www.b2b-bc.com.br/Central/web/informa/dicas/termopar.htm
