Aula6 Temperatura

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05/12/2017 
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Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Pode ser expressa em ºC, ºF e K. 
• Reatores 
 
• Colunas de destilação 
 
• Trocadores de calor 
 
• Fornos 
 
• Caldeiras 
 
• etc... 
Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Existem os seguintes sensores e indicadores de temperatura: 
• Indicadores de temperatura cromáticos 
 
• Indicadores de temperatura pirométricos 
 
• Termômetros 
 
• Termorresistores 
 
• Termopares 
 
• Pirômetros de radiação 
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Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Não há sensor de temperatura que possua range desde temperaturas 
criogênicas a temperatura de milhares de ºC. 
Quando um sensor de temperatura é submetido a uma variação nesta 
propriedade, sua resposta ocorre na forma de uma sigmoidal. 
0 
0,2 
0,4 
0,6 
0,8 
1 
1,2 
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 V
a
r
ia
çã
o
 n
a
 t
e
m
p
e
r
a
tu
r
a
 (
°C
) 
Tempo (s) 
Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
A dinâmica da resposta do sensor de 
temperatura irá depender dos 
seguintes fatores: 
 
• Material do sensor 
 
• Espessura do poço 
 
• Meio condutor de calor 
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Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Indicadores de Temperatura 
 
Cromático – mudança de cor a altas 
temperaturas, utilizado em tintas para 
pintura de alguns equipamentos por 
questão de segurança. 
260°C 315°C 400°C 
Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Indicadores de Temperatura 
 
Pirométrico – deformação quando 
atinge uma dada temperatura, é utilizado 
principalmente na indústria de 
cerâmicas. 
 
Composição e tamanho para diferentes 
temperaturas. 
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Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Termômetro Bimetálico 
Duas ligas com coeficiente de dilatação 
térmico diferentes são fundidas. Em função 
do seu comprimento, espessura e tipo de liga 
permite medir localmente a temperatura. 
 
As ligas são normalmente enroladas em 
espiral e conectadas a um sistema mecânico 
com ponteiro que indica a temperatura em 
uma escala graduada. 
Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Termômetro de Haste de Vidro 
Se baseiam na dilatação térmica de um 
fluido aprisionado em um capilar com escala 
graduada. 
 
Utilizados para fins clínicos e em 
laboratórios, não encontram aplicação em 
processos industriais. 
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Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Termômetro de Bulbo e Capilar 
Ainda muito utilizado, tem o principio de 
funcionamento dos medidores de pressão 
tipo Bourdon. Porém, são preenchidos com 
fluido de alto coeficiente de dilatação 
térmico que dilata o espiral/tubo C e aciona 
o mecanismo com ponteiro e escala 
graduada. 
 
Tem sido substituído por sensores de 
temperatura com transmissores eletrônicos. 
Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Termorresistores 
Atualmente são os sensores/transmissores 
de temperatura mais utilizados no 
mundo. 
 
Seguem normas internacionais de 
padronização dos componentes 
(resistências) para a adequada leitura da 
temperatura. 
Os principais termorresistores são: 
 
• Pt100 – resistência de 100Ω a 0°C 
• Pt500 – resistência de 500Ω a 0°C 
• Pt1000 - resistência de 1000Ω a 0°C 
 
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Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Termorresistores 
A liga do Pt100 é formada por platina, e 
podendo apresentar range de -250ºC a 
até 850ºC. 
 
Existem Pt100 a 2, 3 ou 4 fios, entretanto 
o mais comum e empregado na indústria 
possui 3 fios. 
 
A resistência de platina na ponta da haste 
do sensor é ligada a uma ponte de 
wheatstone, o que permite ler sua 
resistência. 
 
Apresenta baixo consumo de energia. 
Sensor 
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Temperatura 
Termorresistores 
Os 3 fios dos RTD devem ser acoplados a 
um transmissor de temperatura para 
amplificar o sinal de instrumentação. 
 
Usualmente são utilizados cabeçotes para 
proteger o transmissor do ambiente 
externo contra intempéries e choques 
mecânicos. 
 
Existem transmissores com range de 
leitura escalonável. 
Quadro de comando 
Fixação em trilho DIN 
Montagem 
no cabeçote 
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Temperatura 
Termistores 
Pouco utilizados na indústria para 
monitoramento de temperatura, não 
possuem padronização internacional, 
além disto são frágeis a choques 
mecânicos. 
 
Emprega material semicondutor que 
também apresenta mudança na 
resistência ôhmica em função da 
temperatura. 
 
São mais utilizados em laboratórios, 
circuitos eletrônicos e proteção de 
motores. 
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Temperatura 
Termopares 
Assim como os Pt100, são amplamente utilizados na indústria para 
medir temperatura. Também são padronizados por normas 
internacionais quanto ao tipo de material utilizado e faixa de leitura. 
 
De baixo custo, com boa repetibilidade e estabilidade, são 
classificados quanto aos tipos de ligas que são utilizadas. 
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Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Termopares 
Diferentes tipos de ligas metálicas são empregadas, mas sua 
composição é padronizada para atender a um range específico de 
temperatura. 
Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Termopares 
Os diferentes tipos de termopares 
possuem padrões quanto a cor dos 
fios. 
 
Diferentes normas estabelecem a 
coloração do fios do termopar. 
 
Diferentemente dos sensores 
Pt100, os termopares só possuem 2 
fios. 
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Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Termopares 
Assim como os sensores Pt100, 
são instalados no processo com 
poço e cabeçote. 
Alguns transmissores podem 
ser utilizados tanto para 
termopares como para Pt100, 
devendo ser configurável para 
o tipo de sensor. 
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Temperatura 
Termopares 
Para entender o funcionamento dos termopares, é preciso conhecer 
três fenômenos físicos. 
• Efeito Seebeck 
Thomas Johann Seebeck 
1770 - 1831 
Jean Charles Athanase Peltier 
1785 - 1845 
William Thomson (Kelvin) 
1824 - 1907 
• Efeito Peltier 
• Efeito Thomson 
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Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Termopares – Efeito Seebeck 
“Quando dois fios de duas ligas diferentes são unidos pelas 
pontas e estas pontas (juntas) são submetidas a temperaturas 
diferentes, é gerada uma d.d.p. de mV, resultando em corrente 
elétrica pelos fios.” 
A junta submetida a temperatura constante é denominada de 
junta fria, já a junta submetida a temperatura variável é 
chamada de junta quente. 
Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Termopares – Efeito Peltier 
“Se uma corrente elétrica for induzida por uma fonte nos fios, 
haverá o aquecimento de uma das juntas e o resfriamento da 
outra.” 
T1 < T2 
i 
Termopares – Efeito Thomson 
“Um gradiente de temperatura é formado ao longo dos fios 
quando há circulação de corrente pelos mesmos e que não é 
justificável pelo efeito Joule.” 
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Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Termopares 
A combinação dos efeitos destes três fenômenos resultou em três leis 
básicas no uso de termopares. 
• Lei do circuito homogêneo 
• Lei dos condutoresintermediários 
• Lei da soma das FEMs 
Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Termopares 
• Lei do circuito homogêneo 
A FEM gerada depende apenas dos metais empregados e 
das temperaturas das juntas. 
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Temperatura 
Termopares 
• Lei dos condutores intermediários 
Condutores intermediários entre as juntas fria e quente não 
interferem na FEM se submetidos a mesma temperatura. 
Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Termopares 
• Lei da soma das FEMs 
A FEM de um termopar X com as ligas A e B é igual a soma 
das FEMs produzidas por N termopares com as mesmas 
ligas e que possuam a soma de seus comprimentos igual ao 
comprimento do termopar X. 
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Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Termopares 
A potência termoelétrica 
(PT) é a d.d.p. em mV 
entre as juntas quentes e 
frias a uma dada 
temperatura. A PT de 
um termopar é tabelada 
para junta fria a 0°C e a 
junta quente a 100°C, 
assim sendo dada em 
mV/100°C. 
Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Associação de Termopares 
Termopares podem ser associados em série para melhorar a 
sensibilidade na medição. 
 
A FEM total é igual a soma das FEMs individuais dos termopares. 
FEM = 4,292 mV 
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Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Associação de Termopares 
Termopares podem ser associados em paralelo, onde a FEM total 
torna-se a média aritmética das FEMs individuais. 
Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Associação de Termopares 
Termopares podem ser associados em oposição de polaridade, usado 
em malhas de controle de temperatura diferencial entre dois pontos. 
 
A FEM resultante é igual a soma das FEMs individuais. 
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Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Pirômetros de radiação 
Os pirômetros podem ser ópticos que medem a temperatura pela 
incandescência dos materiais, ou infravermelhos que captam a 
energia emitida pela matéria através de ondas infravermelhas. 
Os pirômetros 
ópticos possuem 
um range menor 
que os pirômetros 
infravermelhos. 
Instrumentação e Controle de Processos 
Temperatura 
Pirômetros de radiação 
Os pirômetros infravermelhos se baseiam 
na Lei de Stefan-Boltzman 
W – energia emitida 
ξ – emissividade do corpo 
K – constante de Stefan-Boltzman 
T – temperatura 
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Temperatura 
Termografia 
Emprega sensores infravermelhos que representam o gradiente de 
temperatura de um corpo através de uma escala de cores. 
Utilizado na identificação de 
pontos de superaquecimento 
em tubulações, motores, 
perda de isolamento térmico 
em linhas de vapor, 
caldeiras, entre outras 
aplicações. 
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Exercício 
Um termopar tipo J (faixa de -210 ºC a 760 ºC) é utilizado para medir a 
temperatura de reator exotérmico que tem temperatura variando entre 450 °C e 
500 °C. Com base na tabela abaixo: 
a) Calcule a potência termoelétrica do termopar em 450 °C e 500°C; 
b) Verifique a linearidade do termopar por regressão linear usando 6 pontos. 
P.T. (450°C) =24,61 mV 
P.T. (500°C) =27,393 mV 
Resolução 
a) 
Com os pontos -210 °C; 100 °C; 
300 °C; 450 °C; 600 °C e 760°C 
y=52,8475x+1406,1389 
R²=0,9956 
b) 
PT (μV) = a0+a1T+a2T²+...+a8T
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