A CALIBRAÇÃO TERMOPARES

1. INTRODUÇÃO

        A utilização de termopares na indústria é de fundamental importância, uma vez que possibilita o controle de temperatura do processo de maneira abrangente e precisa. A aferição da temperatura de um processo físico, assim como a obtenção de CaO a partir do calcário, ou de um processo químico, como a obtenção de fármacos,  é de extrema importância, visto que,  na maioria das vezes, a regulagem correta da temperatura é fundamental para a correta execução do processo. Além disso, podem-se citar os processos biológicos, que são fundamentalmente dependentes da variação de temperatura para determinar o ponto ótimo de operação de enzimas e afins.

        A correta aferição da temperatura também é fundamental para a definição de praticamente todas as propriedades (viscosidade, difusividade térmica, difusividade mássica, massa específica, solubilidade, pressão de vapor, condutibilidade elétrica, entre outras), uma vez que elas relacionam-se com a temperatura. Além disso, sua correta verificação é indispensável para o dimensionamento de equipamentos e controle de processos.

        Ao trabalhar com termopares, tem-se uma vantagem bastante grande comparada a termômetros comuns: sua faixa de medição, que pode variar de -200°C até 2300⁰C, conforme sejam os materiais constituintes do termopar. Precisam, porém, de calibração periódica. Já os termômetros comuns ficam restritos a, no máximo, a variação de algumas centenas de graus Celsius.

        Neste trabalho, fez-se a aferição de três termopares constituídos de Cobre/Constantan. Para tal, foi utilizado um banho termostático com agitação mecânica em que se variou a temperatura para a confecção de uma curva de calibração. Por fim, conferiu-se estatisticamente a aceitabilidade de cada modelo proposto.

2. OBJETIVOS

        Os objetivos deste relatório são: obter a curva de calibração para três termopares com diferentes corpos cilíndricos nas extremidades (os corpos cilíndricos são de diferentes diâmetros e diversos materiais), no entanto, esses acessórios foram removidos, facilitando a estabilização térmica do meio, tendo-se apenas os fios de diferentes diâmetros expostos de cada termopar; e, em seguida, obter as respectivas constantes de calibração para os três termopares, através do ajuste de funções lineares.

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

    3.1 Temperatura

A temperatura, segundo a literatura clássica, quantifica o calor que, por sua vez, é uma forma de energia associada à atividade molecular de uma substância. Logo, quanto maior for a agitação molecular de uma substância, maior será a quantidade de calor e, consequentemente, a temperatura de tal substância. A relação entre a quantidade de calor e a temperatura é dada pela equação (1). Nela, ΔQ é a variação da quantidade de calor, m é a massa da substância envolvida, c é o calor específico da substância e ΔT é a variação de temperatura.

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    3.2 Escalas termométricas

Usualmente, as escalas termométricas utilizadas são: a escala Celsius (°C); a escala Fahrenheit (°F); e a escala Kelvin (K). Essa última, também chamada de escala absoluta, tem na temperatura 0 K a correspondência à menor temperatura possível, na qual a agitação molecular é nula ou se torna mínima. Na escala Celsius, essa temperatura é dada por -273,15°C e, na escala Fahrenheit, por -459,67°F.

        A transformação de °F para °C é mostrada pela equação (2).

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        E a transformação de K para °C é dada pela equação (3).

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    3.3 Medidores de temperatura

        A medição de temperatura de uma substância é muito difícil, já que ela pode ser facilmente perturbada por fatores externos aos medidores ou, ainda, pela inércia térmica do próprio sistema. Assim, há sempre um atraso na resposta da temperatura, ou seja, é necessário considerar-se o tempo na hora de sua tomada.

        Alguns tipos de medidores de temperatura são: termômetros à pressão de gás, à tensão de vapor, bimetálicos e termístores. Porém, serão melhores detalhados os termômetros de haste de vidro e os termopares.

  3.3.1 Termômetros de haste de vidro

Os termômetros de hastes de vidro, também conhecidos como termômetros clínicos e de laboratório, são um tipo de termômetro de líquido que contêm o material acondicionado em um bulbo que, ao se dilatar com o calor, sobe em um tubo capilar graduado. São utilizados, normalmente, o mercúrio e alguns produtos orgânicos, como os alcoóis. Para o último, adiciona-se um corante para melhorar a visualização.

A faixa do termômetro de mercúrio, por esse congelar-se a -38°C, varia usualmente de -38°C a 350°C. Esse limite, porém, pode ser elevado até 700°C, desde que se utilize vidro adequado e injeção de gás especial no capilar a fim de que o mercúrio não evapore. Por essas mesmas razões, os termômetros de álcool podem ser utilizados na faixa de -70 a 100°C.

Os termômetros de haste não permitem leitura remota e tampouco fornecem sinais para sistemas de controle. São, portanto, apenas indicadores locais.

Um exemplo de termômetro de haste de vidro é mostrado na figura 1.

[pic 4]

                Figura 1 – Exemplo de termômetro de haste de vidro.

  3.3.2 Termopares

        Os termopares são os sensores de temperatura mais empregados nas aplicações industriais, devido a sua confiabilidade, baixo custo e padronização, além de sua precisão, estabilidade e repetibilidade satisfatórias. Abrangem, também, uma grande faixa de temperatura e sua resposta é rápida. Sua principal desvantagem é a ocorrência de corrosão, principalmente quando em exposição às temperaturas próximas do limite superior do equipamento.