Instrumentação Industrial Parte 2 Temperatura

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Automação E CONTROLE
PUC MINAS – Barreiro
Curso de Graduação em Engenharia Produção
Prof. Henrique Resende Martins
Objetivos
Instrumentação
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Sumário
Temperatura
Conceitos Básicos
Variáveis
Temperatura
Pressão
Nível
Força
Posição / Velocidade
Elementos Finais de Controle
Válvulas de Controle
Inversores de Frequência
Simbologia
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Definição: É a medida da energia na forma de Calor.
Unidades: K (Kelvin), °C (Grau Celsius) ,°F (Farenheit).
Temperatura – Conceito
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Temperatura-Termômetros
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Bimetálicos
Temperatura –Técnicas de Medição
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 Os “termômetros de resistência” funcionam baseados no fato de que a resistência de uma grande gama de materiais varia com a temperatura; de um modo geral, os metais aumentam a resistência com a temperatura, ao passo que os semicondutores diminuem a resistência com a temperatura.
Temperatura – Termômetro de resistência Elétrica
Variação da resistência com a temperatura para vários materiais; observe-se que para uma mesma variação de temperatura, a variação de resistência do metal (Rm) é significativamente menor do que a no NTC (Rs).
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Sensores x Transdutores
Transdutor: É definido como sendo um dispositivo que recebe um tipo de energia de um sistema e a transforma numa forma diferente.
Sensor: É definido com um dispositivo que é sensível à um fenômeno físico (luz, temperatura, impedância elétrica etc...) e transmite um sinal elétrico para um dispositivo de medição ou controle.
Como exemplo:
Um sensor de temperatura não inclui apenas um transdutor de temperatura, mas todo o circuito elétrico para transformar a variação de resistência elétrica na saída do transdutor em tensão ou corrente elétrica.
Os termômetros de resistência são considera-dos sensores de alta precisão e ótima repetibilidade de leitura;
Quando metais são usados, o elemento transdutor é normalmente confeccionado de Platina com o mais alto grau de pureza e encapsulados em bulbos de cerâmica ou vidro.
Temperatura – Termômetro de resistência Elétrica
Considerando a variação da resistência elétrica os elementos sensores são, basicamente, de dois tipos:
TERMISTORES – semicondutores;
NTC – Inversamente Proporcional
PTC – Diretamente Proposcional
RTDs – resistores que são construídos geralmente a partir da platina.
Tipos de Transdutores:
Temperatura – Termômetro de resistência Elétrica
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Materiais semicondutores - óxido de magnésio ou cobalto. 
Aplicações que exigem boa precisão.
Semicondutor - silício ou o germânio. 
Podem ser fabricados em um tamanho físico muito pequeno. 
Temperatura – Termistores
TERMISTOR DE COEFICIENTE NEGATIVO (NTC)
Os termistores do tipo NTC podem ser classificados sob dois tipos principais: 
De pequenas e grandes dimensões físicas
Temperatura – Termistores NTC
Aplicações
Controle de temperatura para transistores;
Medidores Digitais de Temperatura;
Controle de Temperatura em combustão de motores automobilísticos.
Temperatura – Termistores NTC
TERMISTOR DE COEFICIENTE NEGATIVO (NTC)
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O PTC é um resistor semicondutor sensível à temperatura. Seu valor de resistência é diretamente proporcional a temperatura.
Temperatura – Termistores PTC
TERMISTOR DE COEFICIENTE POSITIVO (PTC)
São elementos termo-resistivos;
Formados por materiais como Platina, Níquel ou ligas de Cobre-Níquel; 
Estes materiais exibem um coeficiente positivo de resistividade;
São estáveis;
Possuem rápida resposta à variação de temperatura;
Duráveis.
Temperatura- RTD
Equação de Variação de Resistência:
RT = Ro[1 + (T-To)]
Onde:
Ro é a resistência a 0 C;
RT é a resistência na temperatura T;
 é o coeficiente de temperatura do metal.
 
Temperatura- RTD
Termoresistências de Platina mais usuais são: 
PT-25,5 
PT-100
PT-120, 
PT-130/PT-500, 
O mais usado industrialmente - PT-100:
100  a 0C. 
Range: -200 a 850 C (conforme a norma DIN IEC 751). 
Temperatura- RTD
Termopar – Princípio de Funcionamento
O aquecimento de dois metais diferentes com temperaturas diferentes em suas extremidades, gera uma F.E.M. – Tensão Elétrica (da ordem de mV). 
Este princípio conhecido com efeito Seebeck propiciou a utilização de termopares para medição de temperatura.
Temperatura- Termopares
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Tipo J: Ferro/Constantã
Tipo K: Cromel/Alumel
Tipo T: Cobre/Constantã
Tipo E: Níquel-Cromo/Cobre-Níquel
Tipo S: Platina-Ródio10%/Platina
Tipo R: Platina-Ródio13%/Platina
Tipo B: Platina-Ródio30%
		/Platina-Ródio6% 
Temperatura-Termopares
Tipos:
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Tipo T
Composição: Cobre (+) / Cobre - Níquel (-)
O fio negativo cobre - níquel é conhecido comercialmente como Constantan.
Faixa de Utilização: -200 a 350ºC
Características: 
resistentes a corrosão em atmosferas úmidas;
adequados para medidas de temperaturas abaixo de zero;
Podem ser usados em atmosferas oxidantes (excesso de oxigênio), redutoras (rica em hidrogênio, monóxido de carbono) e no vácuo.
Aplicação: Sua maior aplicação está em indústrias de refrigeração e ar condicionado e baixas temperaturas em geral.
Temperatura-Termopares
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Tipo J
Composição: Ferro (+) / Cobre - Níquel (-)
Faixa de utilização: -40 a 750ºC
Características: 
Adequados par uso no vácuo, em atmosferas oxidantes, redutoras e;
O uso em temperaturas abaixo de 0ºC não é recomendada, devido à quebra do fio de ferro;
O termopar tipo J tem custo baixo e é um dos mais utilizados industrialmente.
Aplicação: Indústrias em geral em até 750ºC.
Temperatura-Termopares
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Tipo E
Composição: Níquel - Cromo (+) / Cobre - Níquel (-)
O fio positivo níquel - cromo é conhecido comercialmente como Cromel e o negativo cobre - níquel é conhecido como Constantan.
Faixa de utilização: -200 a 900ºC
Características: 
Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes e inertes;
É adequado para uso em temperaturas abaixo de zero sem umidade;
É o que apresenta maior geração de V/ºC
Útil na detecção de pequenas alterações de temperatura.
Aplicação: Uso geral até 900ºC. 
Temperatura-Termopares
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Tipo K
Composição: Níquel - Cromo (+) / Níquel - Alumínio (-)
O fio positivo: níquel - cromo é conhecido comercialmente como Cromel.
O fio negativo: níquel - alumínio é conhecido como Alumel. O alumel é uma liga de níquel, alumínio, manganês e silício.
Faixa de utilização: -200 a 1200ºC
Características: 
São recomendáveis para uso em atmosferas oxidantes ou inertes no seu range de trabalho. 
Por causa de sua resistência em oxidação, são melhores que os tipos T, J e E, e por isso são largamente usados em temperaturas superiores a 540ºc.
Temperatura-Termopares
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Tipo S - Platina 90%- Ródio 10% (+) / Platina (-)
 R - Platina 87%- Ródio 13% (+) / Platina (-)
Faixa de Utilização: 0 a 1600ºC
Características: 
Para uso em atmosferas oxidantes ou inertes no seu range de trabalho. 
A diferença entre os termopares tipo S e R está somente na potência termoelétrica gerada. O tipo R gera um sinal aproximadamente 11% maior que o tipo S.
Aplicação: 
Processos com temperaturas elevadas e grande precisão como:
Industrias de vidro, 
Cerâmicas, 
Siderúrgicas.
Temperatura-Termopares
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Mais precisa que o termopar na sua faixa de uso;
Usando circuito adequado, podem ser usadas a grandes distâncias;
Podem ser usados cabos de cobre comum nas ligações;
São mais estáveis que os termopares;
Sua curva de resistência elétrica (  ) em função da temperatura é mais linear que os termopares.
VANTAGENS DAS TERMORESISTÊNCIAS EM RELAÇÃO DO TERMOPAR
Temperatura - Termôresistência x Termopar
Termômetro infravermelho - também denominado de pirômetro óptico.
Dispositivo que mede temperatura sem contato com o corpo/meio. 
Uma utilização típica é a medição da temperatura de metais incandescentes em fundições.
Temperatura-Pirômetro
Características:
Medição de temperaturas de -32ºC até 3000ºC
Erro do equipamento de 1% ou 2%
Temperatura-Pirômetro
Vantagens / Desvantagens
Vantagens
Medição à distância
Vasto Range
Rapidez
Desvantagens
Custo
elevado
Necessita conhecer emissividade do corpo
Temperatura-Pirômetro
Aplicações
Segurança
- Materiais perigosos 
- Defeito em transformadores 
- Busca e resgate do Foco de calor em Cinzas
- Manutenção de Motores em Movimento
Alimentos
 -Temperaturas de refrigeração, cozimento e lavadoras 
 -Transporte de alimentos
Processos de fabricação
 - Metais e tratamento térmico
 - Impressão, papel e recuperação de cal
 - Vidro
 - Cura e secagem de pinturas
 - Alimentos
Temperatura-Pirômetro Utilização