Medições de Temperatura

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Medições de Temperatura
Curso superior de Engenharia de Produção
São Paulo
Abril, 2020
Sumario
1.0 - Introdução
2.0 - Caracterização da grandeza
3.0 - Conceitos relevantes relativos a grandeza a ser medida 
4.0 - Descrição dos principais métodos de medição da grandeza
5.0 - Exemplos práticos de medições da grandeza
6.0 - Referências bibliográficas
1. Introdução
A temperatura é provavelmente uma das grandezas físicas mais utilizadas para avaliar e quantificar fenômenos com as mais diversas características ou propriedades. Por possuir um leque de possibilidades e pela definição de outras quantidades, ela foi selecionada como uma das sete quantidades básicas do Sistema Internacional de Medidas.
Essa grandeza, é responsável pela medição do grau de agitação térmica e vibracional dos átomos e moléculas que constituem um corpo. Sendo assim, o estado físico da matéria está diretamente relacionado com a sua temperatura e os processos que são afetados por ela, são denominados de processos térmicos.
2. Características da grandeza
Ao falar das características da grandeza temperatura, devemos lembrar que o movimento molecular gera calor, e isso é conhecido como energia térmica. A sua medição extada pode ser um pouco complexa, por ser facilmente influenciada por fatores externos aos dispositivos de medida.
A temperatura é medida da energia cinética média das partículas que compõem um corpo, ou seja, quanto maior a energia cinética das partículas, maior é a temperatura do corpo. Podemos defini-la como a capacidade de um corpo transferir a energia térmica para outro corpo. No caso, quando dois corpos estão em equilíbrio térmico e não é trocada energia térmica entre os dois, esses corpos possuem a mesma temperatura.
3. Conceitos relevantes relativos a grandeza a ser medida 
As escalas termométricas são usadas para indicar a temperatura, ou seja, a energia cinética associada a movimentação das moléculas. Atualmente, utilizamos três tipos de escalas.
3.1 Escala Celsius: essa escala foi criada em 1742 pelo astrônomo sueco Anders Celsius. Trata-se de uma escala termométrica centígrada, ou seja, que apresenta cem intervalos entre os pontos de fusão e ebulição.  Ela é indicada pelo símbolo °C. Nessa escala termométrica, o ponto de fusão da água fica em 0°C e de ebulição em 100°C
3.2 Escala Fahrenheit: criada em 1724 pelo físico e engenheiro Daniel Gabriel Fahrenheit após obter conhecimento sobre a construção de termômetros de mercúrio. Ela é indicada pelo símbolo °F. Nela, os pontos de fusão da água é 32°F e de ebulição em 212°F.
3.3 Escala Kelvin: foi criada por Lord Kelvin em 1864, durante o estudo do comportamento dos gases. Foi descoberto que a menor temperatura que um corpo poderia atingir é -273°C. A partir desse momento, determinou que era necessário existir uma escala em que houvesse uma ausência total de movimentação de suas partículas, o que ele chamou de zero absoluto. Ela é indicada pelo símbolo K. O ponto de fusão da água fica em 273K e de ebulição em 323K.
Para realizar a conversão entre essas unidades, basta seguirmos a relação:
Tc = Tf-32 = Tk-273
 5        9           5
Tc = Celsius, Tf = Fahrenheit e Tk = Kelvin.
4.0 Descrição dos principais métodos de medição da grandeza
Atualmente contamos com diversos métodos de medição de temperatura. Tal como outras medições de variáveis do processo, os dispositivos de medição são divididos em indicadores e sensores/transdutor. Segue abaixo, alguns exemplos:
4.1 Mudança de resistência elétrica: estão relacionados ao RTD (Resistance Temperature Detector) e os termistores;
4.2 Tensão gerada por metais diferentes: ligadas aos termopares
	4.3 Expansão de um material para dar uma indicação visual: termômetro de mercúrio;
4.4 Energia irradiada: pirômetros.
	5.0 Exemplos práticos de medições da grandeza
	Como visto anteriormente, existem diversos métodos e equipamentos para a medição dessa grandeza. Para aprofundarmos um pouco mais sobre o assunto e deixar um pouco mais claro, mostraremos a seguir algumas aplicações para realizar essa medição.
	5.1 Termistor: é um tipo de sensor de temperatura composto por material semicondutor sinterizado, capaz de exibir uma grande alteração de resistência proporcional a pequenas alterações de temperatura. Esse tipo de sensor, apresentam coeficiente de temperatura negativo, o que significa que a resistência do termistor diminui à medida que a temperatura aumenta. Suas vantagens estão relacionadas a sua maior sensibilidade, rapidez de resposta e uma maior precisão em relação ao termopar. Entretanto, seu intervalo de temperatura é limitado, requer uma fonte de corrente, possui auto aquecimento e é relativamente mais frágil. 
5.2 Pirômetro: Também conhecido como termômetro infravermelho, é um termômetro sem contato, ou seja, o pirômetro infravermelho serve para realizar medições de altas temperatura, onde não se pode ter contato diretamente com o alvo a ser medido
	De fácil utilização, pirômetros infravermelhos são os equipamentos mais seguros para a medição de objetos muito quentes, de difícil acesso ou em movimento, e assim danos ou contaminação podem ser evitados. Eles podem ser utilizados em diversos setores da indústria, prestadores de serviços, manutenção de máquinas e plantas alimentícias, com os pirômetros é possível medir superfícies rapidamente, de forma segura e precisa. Possui aplicação em partes rotativas, condutores elétricos ativos, objetos quentes, itens de massas baixas, entre outros.
5.3 Termopar: são sensores de temperatura simples, robustos, muito confiáveis em suas medições e de baixo custo. Sendo amplamente utilizados nos mais variados processos de medição de temperatura, o termopar é constituído de dois metais distintos unidos em uma das extremidades. Existem 8 tipos de termopares disponíveis para a utilização e cada um deles é definido para determinada função. Podemos citar os termopares do tipo B, são mais estáveis, contudo, devido à sua reduzida sensibilidade, costumam ser utilizados apenas para medir temperaturas acima dos 300°C, até os 1800°C. 
No entanto, ele não deve ser usado em atmosferas redutoras ou que contenham vapores, tanto metálicos quanto não metálicos.
5.4 Termômetro de mercúrio: consiste basicamente de um tubo capilar (fino como cabelo) de vidro, fechado a vácuo, e um bulbo (espécie de bolha arredondada) em uma extremidade contendo mercúrio. Por possuir um valor bastante alto de coeficiente de dilatação, o mercúrio dilata, expandindo seu volume à uma pequena variação de temperatura mesmo próxima à do corpo humano. 
	A expansão é medida pela variação do comprimento, numa escala graduada que pode ter uma precisão de 0,05°C. Dessa forma, pela expansão do líquido, podemos realizar a medição da temperatura. Infelizmente esse tipo de termômetro está sendo descontinuado e substituído pelo digital, pois o Mercúrio trata-se de um elemento tóxico.
	6.0 Referências bibliográficas 
PORTO EDITORA. Escala Kelvin. Escala Kelvin, [S. l.], p. https://www.infopedia.pt/$escala-kelvin, 20 fev. 2003.
TEIXEIRA, Silvana. Escala Kelvin: o que é e para que serve. Cursos CP, [S. l.], p. https://www.cpt.com.br/cursos-refrigeracao/artigos/escala-kelvin-o-que-e-e-para-que-serve, 15 ago. 2015.
FEIJÓ, Taís Orestes. Medição de Temperatura. INSTRUMENTAÇÃO FÍSICA, [S. l.], p. http://cta.if.ufrgs.br/projects/instrumentacao-fisica/wiki/Medi%C3%A7%C3%A3o_de_Temperatura#:~:text=Usado%20em%20sat%C3%A9lites%20meteorol%C3%B3gi, 27 fev. 2013.
MONTEIRO, Carolina. Tipos de termômetros: quais são, como usar e qual o melhor. Mobiloc, [S. l.], p. https://www.mobiloc.com.br/blog/tipos-de-termometros/, 7 jun. 2017.
OMEGA. Pirômetro e Termômetro Infravermelho. Omega, [S. l.], p. https://br.omega.com/prodinfo/pirometro_termometro_infravermelho.html, 6 nov. 2015.
OMEGA. RTD vs. termistor. Omega, [S. l.], p. https://br.omega.com/prodinfo/rtd-vs-termistores.html, 6 abr. 2017.
BERTOLETI, Pedro. Como funciona o termopar. Filipeflop, [S. l.], p. https://www.filipeflop.com/blog/como-funciona-o-termopar/,18 fev. 2020.