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Quando se quer medir temperatura através da parede de uma fornalha, é necessário o uso de muitos acessórios, que dobram o custo básico do pirômetro.

Novas tecnologias e tendências

Novas tecnologias, tais como laser, fibra óptica e microprocessadores, tem alterado o campo da pirometria de radiação. Uma tecnologia nova envolve o reflectômetro a laser (Pyrolaser , Pyrometer Instrument Co.), que pode medir a emissividade do material do processo no mesmo local, temperatura e comprimento de onda usados no pirômetro. Isto elimina o potencial para o erro de emissividade, permitindo que seu valor seja contínua e automaticamente corrigido. Este medidor também elimina os erros causados pela radiação de superfícies mais quentes. Isto é feito, tomando-se uma medição radiante da superfície mais quente refratária e fazendo a compensação pelo cálculo de sua refletividade:

R = 1 – E

Outra área de inovação tecnológica está no campo do pirômetro de escaneamento de linha. O pirômetro monitora as temperaturas da superfície de forno de cimento para indicar revestimento de material interno ou a deterioração refratária. Como o pirômetro escaneia da esquerda para a direita enquanto o forno gira em seu eixo horizontal, o pirômetro escaneia sua superfície total e alimenta esta informação a um computador pessoal para processamento. Pela mesma técnica, pode se monitorar folhas de papel, aço ou plástico.

Conclusão

O pirômetro de faixa larga é usado geralmente na indústria para indicação e controle automático. Ele pode medir grandes faixas de temperatura e é o mais barato dos três tipos. Os pirômetros de relação e o de faixa estreita são usados, onde necessário e viável, para minimizar os efeitos de emissividade e para aplicações especiais, onde se requer maior precisão.

O usuário potencial de pirômetro óptico deve considerar os seguintes pontos:

  1. Temperatura alvo, limites baixo, alto e valor normal

  2. Fatores de distância e tamanho do alvo

  3. Material e emitância do alvo

  4. Ângulo de observação

  5. Alvo é estacionário ou móvel. Se móvel, a velocidade de resposta do sensor é compatível com a velocidade do alvo.

  6. As condições atmosféricas entre alvo e detector

  7. Temperatura ambiente

  8. O pirômetro pode ver diretamente o alvo ou há janela auxiliar, como requerido para vácuo ou pressão

  9. A escala de indicação está em unidade de engenharia (oC ou K) ou deverá haver conversão?

As vantagens do pirômetro de radiação são:

  1. Não requer contato físico com o material cuja temperatura está sendo medida

  2. Rápida velocidade de resposta, podendo ser usado em alvo móvel

  3. Pode ver pequenos alvos (1,6 mm de diâmetro) ou medir a temperatura media sobre uma grande superfície

  4. Mede altíssimas temperaturas, até 4000 oC, quando termopar vai até 1700 oC.

As desvantagens são:

  1. Mais fragil e mais caro que termopares, RTDs e termistores

  2. Leitura (escala) não linear por causa da relação de quarta potência de T

  3. Emissividade do alvo pode causar uma leitura menor que a verdadeira, se não houver correção

  4. Só pode medir grande amplitude de faixa

3. Acessórios

3.1. Bulbo

O bulbo termal serve para

  1. encerrar o fluido de enchimento do sistema termal mecânico. Nessa configuração, o elemento de temperatura é formado pelo conjunto bulbo + capilar + elemento sensor de pressão. O sistema é totalmente selado, sem vazamento e sem bolhas de ar,

  2. proteger o termopar ou o fio de resistência detectora de temperatura dos rigores do processo.

Em qualquer situação o bulbo está em contato direto com o processo, quando não há poço. Os seus materiais de construção são o aço inoxidável AISI 316 e ligas especiais, como Monel®, Hastelloy® e metais nobres como Ti, Pt, Ta.

Fig. 3.3.27. Bulbos de temperatura

A geometria do bulbo de temperatura varia com o fabricante e com as exigências do processo. Há recomendações da Scientific Apparatus Manufacturer Association (SAMA) para normalizar os nomes das partes notáveis do bulbo:

  1. parte sensível (X), é a parte que envolve o elemento sensor (termopar ou resistência) ou a parte que sente a temperatura, ficando em contato com o ponto que se quer medir a temperatura. A parte sensível pode ser ajustável (50 a 450 mm).

  2. extensão (J) é a distância que vai do ponto onde é fixado o bulbo até o início da parte sensível. A extensão pode ser rígida ou dobrável.

  3. inserção (U) é a soma da extensão e da parte sensível; é toda a parte que fica mergulhada ou no interior do processo. Tem-se U = X + J.

  4. diâmetro (Y) do bulbo, ou mais precisamente, o diâmetro da parte sensível, que é função do tamanho do bulbo e da largura de faixa de temperatura medida, quando de enchimento termal.

  5. união, que é opcional. Quando há união, ela pode ser fixa ou ajustável. A união é uma rosca macho e sua finalidade é a de fixar o bulbo na parede do processo ou no poço.

Fig. 3.3.28. Bulbo e suas dimensões

Os bulbos são usados nas seguintes configurações

  1. bulbo plano, o mais simples possível. É usado em recipiente raso, em tanques abertos, onde nenhum suporte é disponível. Não existe em Classe III de enchimento termal.

  2. bulbo plano com extensão dobrável, também usado sem união, em aplicações que sejam necessárias curvaturas da porção sensível do bulbo para melhor resultado.

  3. bulbo de união, fixa ou ajustável, com extensão dobrável, para uso em vasos fechados e pressurizados, sem proteção, com pressões até 70 MPa.

  4. bulbo de união, fixa ou ajustável, com extensão rígida, para uso com bulbo sem proteção, onde há forças provocadas por agitações no tanque.

  5. bulbo capilar, para aplicação em medição de temperaturas médias, no interior de dutos, fornos, secadores, estufas.

3.2. Capilar

O capilar é um tubo com pequeno diâmetro interno, geralmente cheio de fluido, que liga o bulbo ao elemento receptor ou que liga um selo ao elemento de pressão do instrumento.

Os capilares são disponíveis em vários materiais e várias configurações, para atender aos requisitos das aplicações especificas.

  1. capilar de 1/8" de diâmetro externo, feito de aço inoxidável AISI 316, próprio para suportar pressões elevadas, é o mais usado na prática. Para o capilar da classe IA, com compensação do capilar e da caixa, o capilar é duplo. Para essa configuração tem-se os dois capilares juntos, protegidos por um único revestimento, também de aço inoxidável AISI 316. Ou então, para prover mais flexibilidade, o revestimento externo pode ser de aço inoxidável AISI 304.

  2. o capilar de cobre, com revestimento de bronze flexível, coberto com plástico de vinil extrudado. Embora a máxima temperatura de operação seja de 100 oC, o revestimento plástico exterior melhora a resistência química do conjunto. O revestimento de aço cuida da resistência mecânica do capilar e o plástico, da corrosão química.

Fig. 3.3.29. Transmissor pneumático com bulbo e capilar (Foxboro)

3.3. Poço de temperatura

O poço de temperatura é um receptáculo metálico, rosqueado, soldado ou flangeado ao equipamento do processo, que recebe o bulbo de medição. Os objetivos do poço são os de

  1. proteger o bulbo de medição da corrosão química e do impacto mecânico;

  2. possibilitar a remoção do bulbo de medição sem interrupção do processo;

  3. diminuir a probabilidade de vazamento nas tomadas de temperatura, aumentando também sua resistência mecânica;

  4. tornar praticável a medição de fluidos de alta temperatura, corrosivos, sujos e tóxicos e submetidos à pressão elevada.

A principal desvantagem do poço de temperatura é o aumento do tempo morto da resposta do sistema, pois o poço introduz uma camada de ar entre o bulbo, além de introduzir a resistência de sua parede. Para diminuir essa influência deve se minimizar a distância entre o bulbo e o poço, ou então se colocar uma substância condutora para substituir o ar, que é um mau condutor térmico.

Existem poços de temperatura feitos de vários materiais aço inoxidável, ligas especiais de Monel, Hastelloy, Tântalo, bronze e outros. Quando se utiliza o poço, ele funciona como um selo, podendo-se usar bulbos de materiais padronizados. O poço de temperatura evita que o bulbo entre diretamente em contato com o processo.

Fig. 3.3.30. Poços de temperatura

Há algumas diferenças de montagem do poço

  1. Montado em tubulações, podendo ser montado rosqueado diretamente ao tubo, recebendo o bulbo, que é aparafusado no seu interior. O poço possui uma rosca externa para a ligação com a tabulação e possui no interior outra rosca, onde fica conectado o bulbo de medição. Quando a parede do tubo é grande, o poço deve possuir uma extensão de atraso. Quando em tabulação, o bulbo pode ser ligado ao processo através de uma conexão tipo T;

  2. montado em vasos, através de roscas ou de flanges, nas paredes laterais ou no topo.

Fig. 3.3.31. Poço em tubulação

Quanto ao formato, o poço pode ser dividido em

  1. poço padrão, rosqueado, de formato cilíndrico, com comprimentos acima de 150 mm e rosca externa de 1/2" a 1" NPT;

  2. poço padrão, com rosca externa afastada da rosca interna, apresentando um "atraso", apropriado para superfícies com revestimento de isolação;

  3. poço cônico, usado em tubulações com fluidos em alta velocidade, serviços abrasivos, linhas de vapor ou qualquer outra instalação que requeira alta resistência lateral;

  4. poço flangeado, mais prático que o rosqueado, usado quando a tomada do processo é feita em flange.

4. Referências Bibliográficas

  1. American Society for Testing and Materials, Temperature Measurement (Vol. 14.03), ASTM, Philadelphia, 1994.

  2. Benedict, R.P., Fundamentals of Temperature, Pressure and Flow Measurements, New York, John Wiley, 1977.

  3. Considine, D.M., Process Instruments and Controls Handbook, 3a. ed., New York, McGraw-Hill, 1993.

  4. Johnson, C.D., Process Control Instrumentation Technology, Englewood Cliffs, Prentice Hall, 1997.

  5. Kerlin, T.W. & Shepard, R.L., Industrial Temperature Measurement, Research Triangle Park, ISA, 1982.

  6. Klaassen, K. B., Electronic Measurement and Instrumentation, Cambridge, Cambridge Univ. Press, 1996.

  7. Lipták, B.G., Instrument Engineer's Handbook: Process Measurement, Oxford, Butterworth-Heinemann, 1995.

  8. Norton, H. N., Sensor and Analyzer Handbook, Englewood Cliffs, Prentice Hall, 1982.

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