Relatório 4 - Termopares

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Capítulo 4	
Calibração de um Termopar
4.1 Introdução
Este documento apresenta relatos de uma experiência observada em um dos laboratório da Universidade Federal do Amazonas, sob a orientação de um roteiro que tem como titulo Resistores lineares e não lineares que tem com o objetivo de Calibrar um termopar. Trata-se de uma atividade para medir a diferença de potencial no termopar para diversos valores de temperaturas.
4.2 Tratamento teórico 
Termopares são os sensores de temperaturas mais utilizados nas aplicações industriais, seja pela sua robustez ou pela sua praticidade. O presente relatório contém as análises relativas à calibração do termopar tipo T a partir da utilização de um micro voltímetro, termômetro digital e fios de cobre. Os dados de referência são comparados com um banho de gelo e o termômetro digital. Erros foram obtidos, e podem ser justificados em função de algumas condições como falhas nos equipamentos devido às calibrações, um menor espaço de tempo entre as medições, falhas humanas na coleta dos dados, condições físicas dos equipamentos, dentre outros. O objetivo do experimento foi alcançado com êxito.
Em todas as instalações industriais, a medição da temperatura é de extrema importância, permite a medição de níveis de energia térmica, conhecer a eficiência dos equipamentos térmicos e assim poder corrigir as suas condições de funcionamento, bem como conhecer a eficiência de ciclos termodinâmicos. Tendo em vista a importância e necessidade de se possuir um total controle sobre processos térmicos, consta neste relatório um dos modos de se obter este controle, que é através de um Termopar Tipo J e de um circuito eletrônico na qual o sinal é otimizado a fim de poder utilizá-lo na instrumentação industrial.
Definimos Termopares como sensores de medição de temperatura que são constituídos por dois condutores metálicos e distintos, puros ou homogêneos. São baratos, podem medir uma vasta gama de temperaturas e podem ser substituídos sem introduzir erros relevantes. A sua maior limitação é a exatidão, uma vez que erros inferiores a 1 °C são difíceis de obter. A junção de dois metais gera uma tensão elétrica que é função da temperatura. O funcionamento dos termopares é baseado neste fenômeno, conhecido como Efeito de Seebeck. Este se define como a produção de uma diferença de potencial (tensão elétrica) entre duas junções de condutores (ou semicondutores) de materiais diferentes quando elas estão a diferentes temperaturas (força eletromotriz térmica). O princípio termoelétrico dos termopares deriva de uma propriedade física dos condutores metálicos submetidos a um gradiente térmico em suas extremidades: a extremidade mais quente faz com que os elétrons dessa região tenham maior energia cinética e se acumulem no lado mais frio, gerando uma diferença de potencial elétrico entre as extremidades do condutor na ordem de alguns milivolts (mV).
Existem tabelas normalizadas que indicam a tensão produzida por cada tipo de termopar para todos os valores de temperatura que suporta. Contudo, não basta ligar um voltímetro ao termopar e registrar o valor da tensão produzida, uma vez que ao ligarmos o voltímetro estamos a criar uma segunda (e indesejada) junção no termopar. Para se fazer medições exatas, devemos compensar este efeito (o que é feito recorrendo a uma técnica conhecida por compensação por junção fria).
A leitura desta segunda temperatura, em conjunto com a leitura do valor da tensão do próprio termopar é utilizada para o cálculo da temperatura verificada na extremidade do termopar. Em aplicações menos exigentes, a compensação da junção fria é feita por um semicondutor sensor de temperatura, combinando o sinal do semicondutor com o do termopar.
4.3 Equipamentos Utilizados
Calibrador de termopar
voltímetro
Termômetro digital
Termopar
Fios de cobre
Recipiente com água 
Fio de cobre
Fios de constantan
Ebulidor de imersão 
4.4 Procedimento experimental 
O procedimento realizado no laboratório teve como base o circuito (Anexo 1) que calibra um sistema de medição, sendo conhecidas apenas duas temperaturas. Uma destas é a temperatura ambiente de 27°C, considerada a junção quente, e a outra sendo a temperatura da agua próximo, considerada a junção fria para T3. As outras duas temperaturas são fornecidas pelo micro voltímetro, sendo T1 uma nova temperatura e T2 a diferença entre elas.
 	Após definida uma temperatura para o calibrador termopar, que inicialmente é de 75°C, espera-se alguns minutos para que a temperatura possa equilibrar, tanto para o termômetro digital quanto para o voltímetro. Após o intervalo, coletamos os dados no termômetro digital e no voltímetro [T1(°C), T2(μV) e T3(μV)]. O mesmo processo se repete até atingir-se a temperatura de 90°C no calibrador termopar.
Os dados experimentais:
	T (c)
	Du
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
4.5 Conclusão 
Apesar de simples, a aula prática nos mostrou o real funcionamento deste material tão usado nos diversos tipos de indústrias, de caldeiras à indústria aeronáutica. O modo de como as medições são efetuadas também nos ajudam a concluir sobre a sua tamanha praticidade e facilidade de uso, não restando dúvidas que em se tratando de aferição de temperatura, é o modo mais prático. Somente com intervalos maiores obteríamos menores erros, diminuindo também as outras falhas, entretanto, a aula foi extremamente didática, atingindo seu objetivo.
4.6 Bibliografia
http://www.contemp.com.br/produto/termopares
Frank P. Incropera & David P. DeWitt, “Fundamentos de transferência de Calor e Massa, 5° Ed.” 
4.7 Anexos
Anexo 1
T (PT100) = Temperatura compensada.
µV (ch 102) = Diferença de Temperatura (microvolts).
µV (ch 103) = Temperatura obtida tomando o gelo como referência, próximo a 0°.
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