e-Book Digital Nível Básico - Leis, Princípios e Teorias – Termopar & Pt-100

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Livro digital de Termometria voltado a medição de temperatura Industrial especialmente desenvolvido para as áreas de Instrumentação Industrial, Manutenção, Elétrica e Automação. Conceitos de Física em Termometria e Termologia relativos ao aquecimento, resfriamento ou mudanças no estado de agregação em corpos quando recebem ou cedem energia. Artigos sobre Equilíbrio Térmico, Medição da Temperatura, Escalas Termométricas, analisados sob o prisma de processos industriais.
O livro digital é colorido podendo ser entregue nos formatos EPUB (iBooks da Apple, Kobo ou o Nook), MOBI (Mobipocket eBook format) e formato AZW3 (Amazon) ou em PDF.

O e-Book é composto doos seguintes assuntos:

1. INTRODUÇÃO............................................................................................................................................... 7

1.1 TERMOMETRIA, SIGNIFICADO.................................................................................................................. 7

1.2 NOÇÃO DE TEMPERATURA ‑ EQUILÍBRIO TÉRMICO.............................................................................. 7

1.3 DEFINIÇÃO DE TEMPERATURA................................................................................................................. 8

1.3.1 IMPORTÂNCIA TEMPERATURA NA INDUSTRIA............................................................................... 8

1.4 DEFINIÇÃO DE CALOR.............................................................................................................................. 9

1.5 ESTRUTURA MOLECULAR DOS CORPOS..................................................................................................... 9

1.5.1 ESTRUTURA MOLECULAR DO SÓLIDO........................................................................................... 9

1.5.2 ESTRUTURA MOLECULAR DO LÍQUIDO.......................................................................................... 9

1.5.3 ESTRUTURA MOLECULAR DO GÁS............................................................................................... 10

1.6 MODOS DE TRANSMISSÃO DE CALOR...................................................................................................... 10

1.6.1 CONDUÇÃO........................................................................................................................................ 10

1.6.2 RADIAÇÃO.......................................................................................................................................... 11

1.6.3 CONVECÇÃO....................................................................................................................................... 11

1.7 DILATAÇÃO TÉRMICA DOS CORPOS......................................................................................................... 12

1.7.1 Dilatação Linear.................................................................................................................................. 12

1.7.2 Dilatação Superficial............................................................................................................................ 13

1.7.3 Dilatação Volumétrica......................................................................................................................... 13

1.7.3.1 DILATAÇÃO DA ÁGUA................................................................................................................. 13

1.7.3.2 DILATAÇÃO DE CORPOS “OCOS”............................................................................................... 14

1.8 ESCALAS DE TEMPERATURA.................................................................................................................... 14

1.8.1 UNIDADES DE MEDIDA........................................................................................................................ 15

1.8.2 ESCALA INTERNACIONAL PRÁTICA DE TEMPERATURA........................................................................... 15

1.8.3 NORMAS E PADRÕES INTERNACIONAIS................................................................................................ 17

2. SENSORES DE TEMPERATURA...................................................................................................................... 17

2.1 DEFINIÇÃO............................................................................................................................................ 17

2.2 TIPOS DE SENSORES DE TEMPERATURA................................................................................................... 17

3. TERMOPARES.............................................................................................................................................. 19

3.1. TEORIA TERMOELÉTRICA....................................................................................................................... 19

3.2. DEFINIÇÃO DE TERMOPAR..................................................................................................................... 21

3.3. EFEITOS TERM0ELÉTRICOS..................................................................................................................... 22

3.3.1. Efeito termoelétrico de Seebeck......................................................................................................... 23

3.3.2. Efeito termoelétrico de Peltier............................................................................................................ 25

3.3.3. Efeito termoelétrico de Thomson........................................................................................................ 26

Tr      dT............................................................................................................................................................... 27

3.4. LEIS FUNDAMENTAIS............................................................................................................................. 27

3.4.1. Lei do Circuito Homogêneo.............................................................................................................. 27

3.4.2. Lei dos Metais Intermediários........................................................................................................... 28

3.4.3. Lei das temperaturas intermediárias................................................................................................. 29

3.5. CORRELAÇÃO DA F.E.M. EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA........................................................................ 30

3.5.1. Interpolação matemática da curva do termopar................................................................................. 31

3.5.2. Potência termoelétrica..................................................................................................................... 32

3.6. ASSOCIAÇÃO EM TERMOPARES............................................................................................................. 32

3.6.1. Associação Série............................................................................................................................ 32

3.6.2. Associação em paralelo................................................................................................................... 33

3.6.3. Medida de temperatures diferenciais................................................................................................ 34

3.7. TIPOS E CARACTERÍSTICAS DOS TERMOPARES........................................................................................ 34

3.7.1 Termopar Básico Tipo CuCo “T” Cobre/ Constantan........................................................................... 35

3.7.2 Termopar Básico Tipo FeCo “J” Ferro/ Constantan............................................................................. 37

3.7.3 Termopar Básico Tipo CrCo “E” Cromel/ Constantan.......................................................................... 39

3.7.4 Termopar Básico Tipo CrAl “K” Cromel/ Alumel.................................................................................. 41

3.7.5 Termopar Básico Tipo NicNis “N” Nicrosil/ Nisil.................................................................................. 43

3.7.6 Termopar Nobre Tipo PtPtRh10% “S” Platina 100%/ Platina 90% Ródio 10%...................................... 46

3.7.7 Termopar Nobre Tipo PtPtRh13% “S” Platina 100%/ Platina 87% Ródio 13%...................................... 48

3.7.8 Termopar Nobre Tipo PtRh6%PtRh30% “B” Platina 94% Rodio 6%/ Platina 70% Ródio 30%................ 51

3.7.3. Novos tipos de termopares.............................................................................................................. 53

3.7.4 Tipos de termopares a faixa de temperatura usual............................................................................. 54

3.8. LIMITES DE ERRO.................................................................................................................................. 56

3.9. LIMITES MÁXIMOS DE APLICAÇÃO......................................................................................................... 57

3.10. TIPOS DE JUNTA DE MEDIDA................................................................................................................ 57

3.10.1. CLASSIFICAÇÃO QUANTO À UNIÃO DOS FIOS........................................................................... 57

3.10.2. CLASSIFICAÇÃO QUANTO A POSIÇÃO EM  RELAÇÃO À PROTEÇÃO......................................... 58

a) Junta Isolada........................................................................................................................................... 58

b) Junta Aterrada........................................................................................................................................ 58

c) Junta Exposta.......................................................................................................................................... 59

3.11. ACESSÓRIOS DOS TERMOPARES, CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES........................................................ 59

3.11.1. Isolador........................................................................................................................................ 59

3.11.2. Bloco de ligação............................................................................................................................ 59

3.11.3. Cabeçote...................................................................................................................................... 60

3.11.4. Tubo de proteção.......................................................................................................................... 60

A)       Metálicos......................................................................................................................................... 60

B)       Cerâmicos....................................................................................................................................... 61

3.12. CABOS DE ISOLAÇÃO MINERAL............................................................................................................ 63

3.12.2. Vantagens dos termopares de isolação mineral............................................................................... 63

3.12.3. Aplicações típicas do termopar de isolação mineral......................................................................... 65

3.13. CORREÇÃO DA JUNTA DE REFERÊNCIA.................................................................................................. 65

3.14.9. Erros produzidos pela inversão de fios e cabos de extensão e compensação................................... 66

3.15. RECOMENDAÇÕES PARA SELEÇÃO DOS TERMOPARES........................................................................... 67

3.16. RECOMENDAÇÕES PARA INSTALAÇÃO DOS TERMOPARES..................................................................... 68

3.19. CALIBRAÇÃO E TESTE DE TERMOPARES................................................................................................ 68

3.19.1. TERMOPAR PADRÃO.................................................................................................................. 69

3.19.2 TÉCNICAS DE CALIBRAÇÃO........................................................................................................ 69

a) Método dos pontos fixos.......................................................................................................................... 70

b) Método da comparação........................................................................................................................... 70

c) Método do fio intermediário.................................................................................................................... 71

3.20. MEDIÇÃO DA F.E.M. TÉRMICA.............................................................................................................. 71

3.20.3. Instrumentos eletrônicos................................................................................................................ 71

4. SENSORES DE TEMPERATURA DO TIPO BULBO DE RESISTÊNCIA..................................................................... 72

4.1 Princípio de Funcionamento................................................................................................................... 73

4.2 Construção Física do Sensor................................................................................................................... 74

4.2.1 Bulbo Pt-100 Cerâmico..................................................................................................................... 74

4.2.2 Bulbo Pt-100 Filme (Platinum thin-film technology)............................................................................. 75

4.2.3 Bulbo Pt-100 Vidro........................................................................................................................... 75

4.3 Características Gerais da Termoresistência de Platina.............................................................................. 76

4.3.1 Limites de Temperatura da Termoresistência de Platina........................................................................ 76

4.3.2 Tipos de Montagens......................................................................................................................... 76

4.3.2 Limites de Erros............................................................................................................................... 77

4.3.3 Resistência de Isolação a Temperatura Ambiente.............................................................................. 78

4.3.4 Resistência de Isolação a Máxima Temperatura................................................................................ 78

4.3.5 Auto‑Aquecimento............................................................................................................................ 79

4.5 Princípio de Medição a 2, 3 e 4 Fios..................................................................................................... 80

4.5.1 Princípio de Medição à 2 Fios........................................................................................................... 80

4.5.2 Princípio de Medição à 3 Fios........................................................................................................... 81

4.5.3 Princípio de Medição à 4 Fios........................................................................................................... 82

4.6 Outros tipos de Bulbos de Resistência..................................................................................................... 83

4.7 Aferição de Termoresistência................................................................................................................. 83

4.8 Recomendações para a Instalação de Termoresistências.......................................................................... 83

4.9 Vantagens e Desvantagens da Termoresistência x Termopar.................................................................... 84

4.10 Quando devemos usar Termoresistência Pt100? (Pt100 ou Termopar? O que usar?)............................... 85

5. CABOS TERMOPARES................................................................................................................................... 86

5.1. FIOS E CABOS DE EXTENSÃO E COMPENSAÇÃO....................................................................................... 86

5.1.1 Considerações gerais....................................................................................................................... 86

5.1.2 Definições....................................................................................................................................... 86

5.1.3 Qual a diferença entre cabo de Compensação e Cabo de Extensão?.................................................. 87

5.1.4 Faixa de utilização e limites de erro................................................................................................... 87

5.1.5 Tabela de Cores – Principais Normas Aplicáveis................................................................................ 88

6. TUBO PROTEÇÃO CERÂMICO PARA TERMOPARES......................................................................................... 89

7. CALIBRAÇÃO DE TERMOPARES..................................................................................................................... 89

7.1 Calibração de Termopares Usando um milivoltímetro (Método Usual)...................................................... 89

8. Apêndice............................................................................................................................................................ 90

8.1 Glossário de Termos Técnicos......................................................................................................................... 90

9. TABELA DE MILIVOLTAGEM DOS PRINCIPAIS TERMOPARES UTILIZADOS INDUSTRIA.......................... 101

5.2 TABELA DE MILIVOLTAGEM DO TERMOPAR TIPO “T”................................................................................ 101

5.3 TABELA DE MILIVOLTAGEM DO TERMOPAR TIPO “J”................................................................................. 103

5.4         TABELA DE MILIVOLTAGEM DO TERMOPAR TIPO “E”......................................................................... 106

5.5         TABELA DE MILIVOLTAGEM DO TERMOPAR TIPO “K”......................................................................... 110

5.6         TABELA DE MILIVOLTAGEM DO TERMOPAR TIPO “S”......................................................................... 113

5.7         TABELA DE MILIVOLTAGEM DO TERMOPAR TIPO “R”......................................................................... 118

5.8         TABELA DE MILIVOLTAGEM DO TERMOPAR TIPO “B”......................................................................... 122

5.9         TABELA DE MILIVOLTAGEM DO TERMOPAR TIPO “N”......................................................................... 126

5.10      TABELA DE RESISTÊNCIA DO SENSOR Pt-100..................................................................................... 130

5.11      TABELA DE RESISTÊNCIA DO SENSOR Ni-120..................................................................................... 133

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