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UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO Escola Politécnica de Pernambuco

Thamiris Barroso

TERMÔMETROS DE DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA, BIMETÁLICO E A PRESSÃO; TERMOPAR, TERMO RESISTÊNCIAS RTD E PT100, TERMISTORES NTC E PTC; PIRÔMETRO ÓPTICO, FOTOELÉTRICO E RADIAÇÃO.

Thamiris Barroso

TERMÔMETROS DE DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA, BIMETÁLICO E A PRESSÃO; TERMOPAR, TERMO RESISTÊNCIAS RTD E PT100, TERMISTORES NTC E PTC; PIRÔMETRO ÓPTICO, FOTOELÉTRICO E RADIAÇÃO.

Instrumentação Turma: LH

Trabalho feito a pedido do professor da disciplina de Instrumentação, Prof° Luciano Rodrigues Lins da Escola Politécnica de

Pernambuco, para ser apresentado em sala.

1.INTRODUÇÃO4
2.DESENVOLVIMENTO5
2.1 – Termômetro5
2.1.1 – Termômetro de Dilatação Volumétrica5
2.1.1.1 – Termômetros à dilatação de líquidos6
2.1.1.1.1 – Termômetro à dilatação de líquido em recipiente de vidro8
2.1.2 – Termômetro Bimetálico14
2.1.3 – Termômetro a Pressão24
2.1.4 – Termopar35
2.1.5 – Termômetro de Resistência35
2.1.6 – Termistores PTC e NTC42
2.1.7 – Pirômetros43
2.1.7.1 – Pirômetro Óptico43
2.1.7.2 – Pirômetros de Radiação45
2.1.7.3 – Características e aplicações dos pirômetros47
3.CONCLUSÃO51

1. INTRODUÇÃO

tratamentos térmicos, caldeiras, etc

O controle de temperatura é uma das etapas (entre outras) necessárias em diversos processos industriais, pois qualquer material sofre influência das variações da mesma. Podemos citar como exemplo: processos químicos,

Podemos dividir os medidores de temperatura em dois grandes grupos. O primeiro grupo são os de contato direto e tem como exemplos: Termômetro à dilatação (de líquidos e de sólido); Termômetro à pressão (de líquido, de gás e de vapor); Termômetro a par termoelétrico e Termômetro à resistência elétrica.

E o segundo grupo são os de contato indireto e tem como exemplos os Pirômetros (Óptico, Fotoelétrico e de Radiação).

Através deste trabalho abordaremos os princípios desses medidores de temperatura, relatando as principais semelhanças e diferenças, vantagens e desvantagens de cada um tendo como objetivo definir qual medidor é mais indicado para determinadas situações de controle de temperatura.

2. DESENVOLVIMENTO

2.1 – Termômetro

nenhum tipo de energia

Genericamente, instrumento que mede temperatura. Em instrumentação, se aplica geralmente a indicador local de temperatura. Os termômetros apresentados a seguir são elementos passivos, já que utilizam princípios físicos para a medição de temperatura, não sendo alimentados e nem transformando 2.1.1 – Termômetro de Dilatação Volumétrica

São baseados no fenômeno de dilatação aparente de um líquido dentro de um recipiente fechado.

V = Vo ( 1 + ρa*t ) Onde:

V = volume aparente à temperatura t.

Vo = volume aparente à temperatura 0º.

ρa = coeficiente de dilatação aparente do líquido. t = temperatura do líquido

Figura 1 - Termômetro

Figura 2 - Esquema do Termômetro 2.1.1.1 – Termômetros à dilatação de líquidos

Trata-se do instrumento mais utilizado na medição da temperatura, devido à facilidade de operação, baixo custo e grande variedade de aplicação. Seu princípio de funcionamento está baseado na expansão de um líquido em função da temperatura. O líquido é contido em um bulbo, expandindo em um tubo capilar. O mercúrio é o líquido mais comumente utilizado no intervalo de 38°C a 540°C, sendo que o intervalo inferior é limitado pelo ponto de congelamento do mercúrio e o ponto superior pela resistência do vidro. Um gás inerte é normalmente utilizado para preencher o espaço acima do mercúrio. Para temperaturas mais baixas outros líquidos podem ser usados, como álcool (até - 62°C), pentano (até -200°C) e mistura de propano (até -217°C).

Resumindo, baseiam‐se na lei de expansão volumétrica de um líquido com a temperatura, dentro de um recipiente fechado.

Basicamente existem dois tipos de termômetros:

Termômetros de imersão total - Nesse tipo de termômetro a coluna do líquido deve ser totalmente submersa no fluido medido. Afim de facilitar a leitura, permite-se que uma pequena porção da coluna sobressaia, apesar de gerar um pequeno erro.

Termômetros de imersão parcial - Os termômetros de imersão parcial são calibrados para leitura correta quando imersos numa quantidade definida com a porção exposta numa temperatura definida. Se a parte exposta estiver a uma temperatura diferente da temperatura de calibração, uma correção deve ser aplicada. Eles são menos precisos que o tipo de imersão completa, contudo mais fáceis de operar.

Figura 3 - Termômetros de líquido em vidro: imersão total e imersão parcial. A precisão obtida depende ainda da qualidade do instrumento e do intervalo de temperatura, chegando a 0.02°C para termômetros operando entre 0°C a 100°C.

Eles podem ser de vidro transparente ou de recipiente metálico.

Figura 4 - Termômetros à dilatação de líquidos 2.1.1.1.1 – Termômetro à dilatação de líquido em recipiente de vidro

Em um termômetro com haste de vidro, a variação volumétrica resultante da expansão termal é interpretada como temperatura. Este termômetro foi o primeiro sistema de expansão termal fechado e foi conhecido desde o século XVIII, quando Gabriel Daniel fahrenheit investigava a expansão do mercúrio.

Figura 5 - Termômetro de haste de vidro

Construção:

É constituído de um reservatório (bulbo de vidro), cujo tamanho depende da sensibilidade desejada, soldada a um tubo capilar de seção, mais uniforme possível, fechado na parte superior. O bulbo e parte do capilar são preenchidos por um líquido sendo que na parte superior do capilar existe uma câmara de expansão para proteger o termômetro no caso da temperatura exceder o seu limite máximo.

Sua escala é linear e normalmente fixada no tubo capilar no invólucro metálico.

Nos termômetros industriais, o bulbo de vidro é protegido por um poço metálico e o tubo capilar pelo invólucro metálico. Funcionamento:

A expansão volumétrica do líquido é maior que a do vidro, assim, quando se aplica calor ao bulbo de vidro, o líquido se expande mais rapidamente que o bulbo de vidro esta diferença na expansão aliada ao princípio da capilaridade permite ao líquido subir no tubo capilar de vidro (menisco), que é fixo ao bulbo.

Figura 6 - Termômetro à Dilatação de líquido em recipiente de vidro. Os líquidos mais usados são: mercúrio, tolueno, álcool e acetona.

A Tabela abaixo apresenta o ponto de solidificação e de ebulição desses líquidos, assim como as suas faixas de uso.

Obs.:Para o caso do mercúrio, cuja faixa normal é de 38 a 350°C, pode-se elevar este limite até 550°C mediante emprego de vidro adequado e injeção de um gás inerte sob pressão, pois isto faz com que se evite a vaporização do mercúrio.

Aplicações:

Os termômetros de líquidos com bulbo de vidro podem ser empregados em:

a) Compartimentos cobertos ou fechados e nos quais a leitura da temperatura é no próprio local; b) Onde forem toleradas exatidões de até 1% de escala; e c) Onde as respostas podem ser lentas (Resposta rápida não faz necessária).

Recomendação na instalação:

1.Não utilizar nos pontos em que haja mudanças bruscas de temperatura, pois poderia trincar o capilar de vidro;

2.Para evitar erros devido a temperatura ambiente, o bulbo deverá estar completamente imerso;

3.Instalar o bulbo dentro de um poço metálico para proteção mecânica, resistência à corrosão e permitir retirada em operação;

4.O bulbo do termômetro deve ser instalado na mesma direção e sentido oposto ao do fluxo, afim de que a vazão média do fluido seja suficiente para dar uma rápida transferência de calor.

Exemplo de Termômetro a dilatação de líquido em recipiente de vidro:

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