Medição de Temperatura

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Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas 
Bacharelado em Engenharia Mecânica 
 
 
Aysla Caroline de Sousa - 2019029562 
Walderlanne da Silva Ferreira – 2020012853 
 
 
 
 
 
 
MEDIÇÃO DE TEMPERATURA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São Luís/ MA 
2021 
Aysla Caroline de Sousa Silva - 2019029562 
Walderlanne da Silva Ferreira – 2020012853 
 
 
 
 
 
 
 
MEDIÇÃO DE TEMPERATURA 
 
 
 
Trabalho escrito, solicitado pelo Prof. Dr. Elson 
Cesar Moraes, como requisito parcial de avaliação do 
curso de Engenharia Mecânica na disciplina de 
Instrumentação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São Luís/ MA 
2021 
Lista de ilustrações 
 
 
Figura 1 - Calor Sensível .......................................................................................................................... 5 
Figura 2 - Calor Latente ........................................................................................................................... 6 
Figura 3 - Linha Temporal da Termometria ............................................................................................ 6 
Figura 4 - Termoscópio de Galileu........................................................................................................... 7 
Figura 5 - Termômetro de Vidro ............................................................................................................. 8 
Figura 6 - Termômetro Bimetálico .......................................................................................................... 9 
Figura 7 - Termômetro de Pressão ........................................................................................................ 10 
Figura 8 - Efeito Seebeck ....................................................................................................................... 11 
Figura 9 - Efeito Peltier .......................................................................................................................... 11 
Figura 10 - Efeito Thomson ................................................................................................................... 12 
Figura 11 - Termopar Tipo J ................................................................................................................... 13 
Figura 12 - Termopar Tipo K .................................................................................................................. 13 
Figura 13 - Termopar Tipo T .................................................................................................................. 14 
Figura 14 - Termopar Tipo E .................................................................................................................. 14 
Figura 15 - Termopar Tipo S .................................................................................................................. 14 
Figura 16 - Associação em Paralelo ....................................................................................................... 15 
Figura 17 - Associação Série em Oposição ............................................................................................ 15 
Figura 18 - Termistores ......................................................................................................................... 17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sumário 
 
Lista de ilustrações .................................................................................................................................. 3 
1. CONCEITOS BÁSICOS DE MEDIÇÃO DE TEMPERATURA .................................................................. 5 
1.1 Temperatura, calor, calorimetria e dados históricos ........................................................................ 5 
2.TERMÔMETROS .................................................................................................................................... 7 
2.1 Termômetro mecânico: de expansão de líquidos em bulbo de vidro .............................................. 7 
2.2 Termômetros mecânicos: bimetálicos .............................................................................................. 8 
2.3 Termômetros mecânicos manométricos ....................................................................................... 10 
3.TERMOPARES ..................................................................................................................................... 11 
3.1 Principios de Funcionamento .......................................................................................................... 11 
3.2 Escolha do Tipo Adequado .............................................................................................................. 12 
3.3 Principais Termopares Comerciais .................................................................................................. 13 
3.4 Ligação dos Termopares .................................................................................................................. 15 
4.TERMORESISTÊNCIA ........................................................................................................................... 16 
4.1Termoresistores Metálicos (RTDs) ................................................................................................... 16 
4.2Termistores (NTCs) ........................................................................................................................... 17 
5.CONCLUSÃO ....................................................................................................................................... 19 
Referências Bibliográficas ..................................................................................................................... 20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. CONCEITOS BÁSICOS DE MEDIÇÃO DE TEMPERATURA 
1.1 Temperatura, calor, calorimetria e dados históricos 
A medição da temperatura é muito importante quando falamos de ciência, seja em 
ações laboratoriais (física, química, biologia etc.), seja em controle e automação de processos 
(processos industriais). Muitas propriedades físicas dos materiais dependem da temperatura 
para ter determinado comportamento, como é o caso da fase do material, densidade, 
solubilidade etc. [3]. 
Alguns conceitos serão trazidos agora para o melhor entendimento, um deles é o de 
temperatura, que é uma grandeza física utilizada para medir o grau de agitação ou a energia 
cinética das moléculas de uma determinada quantidade de matéria [23]. O conceito de calor, que 
também é conhecido como energia térmica, corresponde a energia em trânsito que se transfere 
de um corpo para outro em razão da diferença de temperatura entre eles, no sentido da maior 
para menor temperatura até o equilíbrio térmico [23]. 
O conceito de calorimetria é o ramo que estuda as trocas de calor entre corpos [24], o 
calor sensível, que é a variação da temperatura de um corpo sem que este mude seu estado físico 
[25], quando há mudança de estado físico se dá o nome de calor latente [24], o calor específico 
representa uma proporcionalidade entre a energia recebida por uma substância e a variação de 
temperatura sofrida, sendo uma propriedade de cada material. A capacidade térmica representa 
a proporcionalidade entre calor e variação de temperatura, mas é uma propriedade do corpo, 
tendo em vista que leva em consideração a massa do mesmo [24]. 
 
Figura 1 - Calor Sensível 
 
 
Fonte: [25] 
 
 Figura 2 - Calor Latente 
 
Fonte: [26] 
Datas históricas da termometria são demonstradas na fig.1, onde podemos observar a 
evolução de assuntos relacionados à medição de temperatura, desde a construção do primeiro 
instrumento de medição até convenções que definiram aspectos importantes para parametrizar 
o uso correto em todo o mudo. 
Figura 3 - Linha Temporal da Termometria 
 
Fonte: Adaptado de [3] 
Desde a construção do primeiro instrumento de medição a aprimoração e padronizaçãomundial desses é primordial para o desenvolvimento da tecnologia e aplicações seguras em 
laboratórios e processos, principalmente industriais [8]. Os primeiros termômetros foram 
utilizados para fins médicos e meteorológicos, eram tubos de vidros com geometria peculiar, 
aberto em um dos lados, parcialmente preenchidos com ar e completados com água, após 50 
anos surgiram os de líquidos fechados [8]. 
 
Figura 4 - Termoscópio de Galileu 
 
Fonte [27] 
Os termômetros de mercúrio, em meados do século XVIII eram populares pela sua 
expansão uniforme, depois que sua sensibilidade havia sido corrigida. Os termômetros de vidro 
possuem variedade de calibração, estilos de imersão, versões de design, comprimentos, escalas, 
e tipos de líquidos [8]. 
A medição de temperatura está em todos os lugares, em praças sinalizando a 
temperatura média da região, em fornos de cozinhas, refrigeradores, em processadores de 
computador etc. [8]. 
2.TERMÔMETROS 
 
A evolução tecnológica possibilitou o surgimento de uma ampla gama de sensores, e 
agora iremos conhecer mais sobre os tipos de instrumentos empregados na medição de 
temperatura [8]. 
 2.1 Termômetro mecânico: de expansão de líquidos em bulbo de vidro 
 
É um dispositivo comum para medição de temperatura de líquidos e gases [3]. O 
mecanismo desse tipo de termômetro baseia-se no coeficiente de dilatação térmica [8]. Operam 
a partir da variação volumétrica de um líquido (álcool, fluidos orgânicos variados e mercúrio) 
com a temperatura. Álcool e mercúrio são os líquidos termométricos mais comumente 
utilizados. O álcool apresenta a vantagem de ter um coeficiente de expansão volumétrica mais 
elevado do que o mercúrio, isto é, expande mais, volumetricamente, por unidade de variação 
de temperatura [3]. 
Figura 5 - Termômetro de Vidro 
 
Fonte: [2] 
 
 
São construídos de duas maneiras: 
 Imersão parcial: calibrados para ler a temperatura corretamente quando expostos 
a temperaturas desconhecidas e ainda imersos até uma profundidade indicada [8]. A porção 
emergente fica exposta ao ar, o que pode afetar a movimentação do líquido termométrico [3]; 
 Imersão total: calibrados para ler a temperatura quando expostos a temperaturas 
conhecidas e ainda imersos totalmente, ficando visível apenas a porção necessária para a leitura 
[8]. Para a realização correta das medidas somente cerca de 12 mm da coluna de líquido 
termométrico devem ficar emersos para a leitura [3]. 
O de imersão parcial está sujeito a maiores erros, devido à diferença de temperatura 
entre uma parte do corpo do instrumento e o ponto de medição. A tendência é que cada vez 
mais esse tipo de termômetro desapareça do mercado - principalmente os termômetros de 
mercúrio - por questões de segurança, por ser o mercúrio um elemento contaminante e tóxico 
[8] e o mercúrio não pode ser utilizado abaixo do seu ponto de fusão (-37,8 °C) [3]. 
 2.2 Termômetros mecânicos: bimetálicos 
 
O termômetro bimetálico opera de acordo com o princípio de expansão linear de 
metais. Um par de hastes metálicas de materiais distintos (o chamado bimetálico), soldadas, 
dilatam-se diferencialmente causando a flexão do conjunto. Esta flexão aciona um dispositivo 
indicador da temperatura [3]. 
 
 
Figura 6 - Termômetro Bimetálico 
 
Fonte: [10] 
O sistema desse tipo de sensor é do tipo de controle ON/OFF, e uma de suas aplicações 
é em termostatos usados em sistemas de segurança. Sua aplicação prática é como detector de 
temperaturas específicas embutidos em equipamentos ou dispositivos [8]. O termômetro 
bimetálico é aplicável de -50°C a +500°C, com uma incerteza típica (menor divisão) de 1% do 
fundo de escala. Têm tempo de resposta elevado, entre 15 e 40 segundos. Os materiais mais 
empregados na construção dos bimetálicos são o invar, o monel, o inconel e o inox 316. São 
instrumentos baratos e de baixa manutenção [3]. 
Vantagens [3]: 
 Disponíveis com muitas faixas de medição e incertezas variadas; 
 É simples de usar e tem baixo custo; 
 Não necessita de energia auxiliar (baterias, etc); 
 A leitura é fácil, minimizando erros; 
 É mecanicamente robusto, adequado p/ instalações industriais; 
 Tem ajuste de zero por parafuso no visor; 
 As hastes podem ter grande tamanho e alcançam pontos de difícil acesso. 
Desvantagens [3]: 
 Não é adaptável para leituras remotas; 
 Não é recomendável para leituras transientes, dado o elevado tempo de 
resposta; 
 O tamanho do bulbo e haste podem ser limitantes em determinadas 
aplicações. 
2.3 Termômetros mecânicos manométricos 
 
São termômetros que utilizam a variação de pressão obtida pela expressão de algum 
gás ou vapor como meio físico para relacionar com a temperatura. Cobrem uma faixa de 38°C 
– 590°C, enquanto os preenchidos com gás, 240°C – 645C [8]. 
 
Figura 7 - Termômetro de Pressão 
 
Fonte: [11] 
 
Podem ser de três tipos: 
 Termômetros a pressão de líquidos; 
 Termômetros a pressão de gás; 
 Termômetros a tensão de vapor. 
 
Faixa de utilização: 
 Manométricos de mercúrio: -38 a 590ºC; 
 Manométricos preenchidos com gás: -240 a 645ºC; 
 Manométricos preenchidos com álcool: -50 a 150º C 
 Manométricos preenchidos com xilol: -40 a 400ºC 
 
 
 
 
 
 
3.TERMOPARES 
 
 
O termopar é um sensor utlizado para medir temperatura, o mesmo possui dois metais 
distintos que são unidos por suas extremidades, além disso, os termopares fornecem medições 
de temperatura em ampla faixa. 
Muitas vezes são denominados transdutores elétricos, pois fornecem tensão ou 
corrente elétrica em resposta ao estímulo. 
 
3.1 Principios de Funcionamento 
 
 Efeito Seebeck 
Entre 1821 e 1822 Thomas J. Seebeck observou a existência dos circuitos 
termoelétricos quando estudava o efeito eletromagnético em metais. Por conta dessa observação 
temos o primeiro principio que é conhecido como efeito Seebeck, que nada mais é do que 
quando dois fios metálicos, diferentes, são unidos nas extremidades, estando submetidos a 
temperaturas diferentes, a partir disso surge uma força eletromotriz. 
 
 
Figura 8 - Efeito Seebeck 
 
Fonte: [8] 
 
 Efeito Peltier 
Em 1834, Jean C. A. Peltier descobriu o seguinte fenômeno: Quando se tem uma 
junção de dois fios metálicos distintos, tem-se uma liberação ou absorção de calor, no momento 
em que uma corrente elétrica circula por eles, ou seja, ocorre uma mudança no conteúdo de 
calor quando uma determinada carga atravessa a junção. 
 
Figura 9 - Efeito Peltier 
 
Fonte: [8] 
 
 
 Efeito Thomson 
Em 1851 Lorde Kelvin, verificou o seguinte fenômeno: Um gradiente de temperatura 
em um condutor metálico é acompanhado de um pequeno gradiente de tensão cuja magnitude 
e direção dependem do tipo de metal [8]. 
 
Figura 10 - Efeito Thomson 
 
 
Fonte: [8] 
 
 
Dentre as vantagens e desvantagens dos termopares podemos citar: 
Vantagens: [7] 
 Rapidez de resposta; 
 Baixo custo; 
 Faixa ampla de operação. 
 
Desvantagens: [7] 
 Necessitam de troca periódica; 
 Necessita de um fio de extensão especial; 
 Necessita de compensação da junção fria. 
3.2 Escolha do Tipo Adequado 
 
Os sensores termopares são baseados praticamente em dois principios o de Seebeck e 
o de Thomson, como o termopar mede amplos intervalos de temperatura e é muito utilizado 
em indústrias, se tem alguns critérios para melhor escolher o termopar: 
 
 Intervalo de temperatura; 
 Resistência a abrasão e vibração; 
 Resistencia a oxidação e corrosão; 
 Ponto de fusão maior que a maior temperatura à qual o termopar é usado; 
 Os metais devem ser homogêneos. 
3.3 Principais Termopares Comerciais 
 
 Tipo J – Ferro e Constantan 
 
É o tipo de termopar mais utilizado por ser de baixo custo, além disso é versátil, e tem 
uma saída elétrica elevada, o mesmo pode ser utilizado em fornos elétricos e processos de 
recozimento. E é utilizado para medir temperaturas desde -0ºC até 750ºC. 
 
Figura 11 - Termopar Tipo JFonte: [16] 
 
 Tipo K – Cromel e Alumel 
 
Tem uma das maiores faixas de medição comparado aos outros tipos como o E e o J, 
a sua saída elétrica é linear, possuem uma alta resistência mecânica a altas temperaturas. São 
utilizados em tratamentos térmicos, fornos, processos de funcição. É utilizado em faixas de 
medição de -200ºC a 1250ºC. 
 
Figura 12 - Termopar Tipo K 
 
Fonte: [17] 
 
 Tipo T – Cobre e Constantan 
 
São obtidos em fios finos, podendo ser instalados em locais com espaços pequenos, 
são resistentes a corrosão e ambientes úmidos, uma desvantagem dos termopares desse tipo é à 
oxidação do cobre a temperatura acima de 315ºC. São utilizados em estufas, fornos elétricos 
para baixas temperaturas. Sua faixa de utilização é entre -200ºC a 350ºC. 
 
 
 
 
Figura 13 - Termopar Tipo T 
 
Fonte: [28] 
 
 Tipo E – Cromel e Constantan 
 
Apresenta alta sensibilidade e resiste a processos corrosivos inferiores a 0ºC e 
ambientes oxidantes. Em ambientes redutores ou vácuo, perdem suas caracteristicas 
termoelétricas. Sua faiza de utilização é entre -200ºC a 870ºC. 
 
Figura 14 - Termopar Tipo E 
 
Fonte: [18] 
 
 
 Tipo S – Platina e Platina Ródio 
 
Apresenta boa propriedade mecânica e quimica, não devem ser utilizados em 
temperaturas abaixo de 0ºC, são indicados para medidas de precisão. Sua faixa de utilização é 
entre 0ºC a 1.450ºC. 
 
Figura 15 - Termopar Tipo S 
 
Fonte: [19] 
 
3.4 Ligação dos Termopares 
 
Temos quatro tipos de ligações, são elas: 
 Ligação Simples: é o tipo de ligação mais comum, consiste na ligação de um 
termopar ao instrumento de leitura, sendo utilizado para a medição da 
temperatura em um ponto [7]. 
 Ligação Série Aditiva: é uma ligação feita em dois ou mais termopares em 
série aditiva, ou seja, o material positivo de um termopar com o material 
negativo do outro termopar, ou vice versa [7]. 
 Ligação em Paralelo: é uma ligação feita quando liga-se dois terminais 
comuns de dois ou mais termopares, os quais são conectados depois ao 
instrumento de leitura [7]. 
 
Figura 16 - Associação em Paralelo 
 
Fonte: [21] 
 
 Ligação Série em Oposição: Tem o objetivo de medir a diferença de 
temperatura entre dois pontos [7]. 
 
Figura 17 - Associação Série em Oposição 
 
Fonte: [20] 
 
 
4.TERMORESISTÊNCIA 
 
Onde termopares não funcionam corretamente, pode-se utilizar a termoresistência, são 
sensores elétricos de temperaturas mais precisas. Temos dois tipos de sensores de 
termoresistência, são eles: termoresistores metálicos e termistores. 
 
4.1Termoresistores Metálicos (RTDs) 
 
Funcionam com base no fato de que, a resistência dos metais aumenta com a 
temperatura. É uma termosonda que é constituida de um filamento resistivo de platina, níquel 
ou cobre. São considerados de alta precisão e ótima repetitividade de leitura. 
 
Esses sensores são confeccionados com um fio de metal de alto grau de pureza, 
também são construidos depositando-se um filme metálico em um substrato cerâmico. 
Geralmente a platina é a melhor escolha por ser um metal quimicamente inerte e, assim, 
conservar duas caracteristicas a altas temperaturas, além de poder trabalhar a altas temperaturas 
devido ao seu elevado ponto de fusão [8]. 
 
A platina é o melhor metal para a construção dos RTD, por tês motivos: dentro de uma 
faixa, a relação resistência/temperatura é bastante linear; essa faixa é muito repetitiva; sua faixa 
de linearidade é a maior dentre os metais [8]. 
 
Dentre as principais caracteristicas podemos citar: 
 
 Dependendo do metal são instáveis; 
 Apresentam baixa tolerância de fabricação. 
 
Dentre os tipos de termoresistores metálicos temos: 
 
 Resistência de Platina: é conhecido como PT 100 ( Pt por ser platina e 100 
porque a 0ºC apresenta uma resistência de 100 Ω), além disso, possui um alto 
grau de pureza, não é sujeito a corrosão e tem um ponto de fusão elevado. É 
utilizado em faixas de temperatura de -239ºC a 630ºC [7]. 
 
 Resistência de Níquel: não é tão utilizado quanto o de platina, possui um baixo 
custo e é utilizado em faixas de temperatura de -150ºC a 300ºC [7]. 
 
 Resistência de Cobre: o cobre possui uma vantagem em relação ao níquel já 
que pode ser obtido eletrolíticamente em elevado grau de pureza, garantindo a 
estabilidade de seu coeficiente térmico. Possuiu uma faixa de aplicação entre -
12ºC a 120ºC [7]. 
Dentre as vantagens e desvantagens do uso dos RTDs podemos citar: 
 
Vantagens: [7] 
 
 Manutenção simples; 
 Durabilidade; 
 Resposta rápida; 
 Grande sensibilidade. 
 
Desvantagens: [7] 
 
 Custo elevado; 
 Não suportam vibrações constantes; 
 Faixa de trabalho restrita; 
 Sensíveis à baixa isolação. 
 
 
4.2Termistores (NTCs) 
 
Os termistores são semicondutores cerâmicos que também têm sua resistência alterada 
como efeito direto da temperatura, mas que geralmente possuem um coefiente de variação 
maior que os metálicos [8]. 
 
São formados pela mistura de óxidos metálicos prensados e sintetizados em diversas 
formas ou filamentos finos, podendo ser encapsulados em vidro ou em epóxi. Além disso, 
possuem uma sensibilidade elevada e possuem vários tamanhos e formas. 
 
Figura 18 - Termistores 
 
Fonte: [22] 
 
 
 
 
Dentre as vantagens e desvantagens do uso dos termistores podemos citar: 
 
Vantagens: 
 
 Pequeno tamanho; 
 Alto grau de estabilidade; 
 Duradouros e precisos. 
 
 
 Desvantagens: 
 
 Inadequados para temperaturas extremas; 
 Não são lineares. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5.CONCLUSÃO 
 
A medição de temperatura é uma das variáveis mais usadas em processos industriais 
para controle de processos, com aplicações em laboratórios, quando você precisa controlar os 
parâmetros do seu experimento, em linhas de produções, na indústria aeroespacial, dentre 
outros. 
A partir dos avanços históricos, como a criação das escalas de temperatura, os pontos 
de calibração foram definidos e as curvas de trabalho dos sensores. Na evolução da medição de 
temperatura, os transmissores de te 
O corpo humano sempre foi um péssimo termômetro e conferir tecnologia para que a 
sensibilidade quanto a temperaturas fosse conferida à processos melhorou significativamente a 
vida humana e sua evolução. 
No trabalho apresentado foram dispostos os tipos de instrumentos de medição, suas 
aplicações, faixas de medição, materiais, e seus conceitos. Esperamos que o conhecimento 
tenha sido adquirido, e assim finalizamos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Referências Bibliográficas 
 
[1] IMG: Termômetro de forno. Disponível em < Term. de forno > Acesso em 30/03/21. 
[2] IMG: Termômetro de vidro. Disponível em < Term. de vidro > Acesso em 30/03/21. 
[3] FRANÇA, F. A.: Instrumentação e Medidas: grandezas mecanicas, UNICAMP 
2007. 
[4] Imagem de calorimetria. Disponível em < Calorimetria > Acesso em 30/03/21. 
[5] Imagem do calor. Disponível em < calor > Acesso em 30/03/21. 
[6] Imagem de temperatura. Disponível em < temp > Aceso em 30/03/21. 
[7] Técnicas de medição de temperatura. Disponível em < Técnicas > Acesso em 
01/04/21. 
[8] BALBINOT, Alexandre et al. Instrumentação e Fundamentos de Medidas: volume 
1. 2. ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda, 2010. 
[9] IMG: Termômetro de vidro quebrado. Disponível em < queb > Acesso em 01//04/21. 
[10] IMG: Termômetro bimetálico. Disponível em < bimet > Acesso em 01/04/21. 
[11] IMG: Termômetro de pressão. Disponível em < manom > Acesso em 01/04/21. 
[12] Imagem fio de termopar. Disponível em < fio > Acesso em 02/04/21. 
[13] Imagem efeito Seebeck. Disponível em < seebeck > Acesso em 02/04/21. 
[14] Imagem efeito Peltier. Disponível em < peltier > Acesso em 02/04/21. 
[15] Imagem termopar. Disponível em < termop > Acesso em 02/04/21.. 
[16] Imagem termopar tipo J. Disponível em < tipo J > Acesso em 02/04/21. 
[17] Imagem termopar tipo K. Disponível em < tipo k > Acessoem 02/04/21. 
[18] Imagem termopar tipo E. Disponível em < tipo E > Acesso em 02/04/21. 
[19] Imagem termopar tipo S. Disponível em < tipo s > Acesso em 02/04/21. 
[20] Imagem associação em série. Disponível em < serie > Acesso em 02/04/21. 
[21] Imagem associação em paralelo. Disponível em < paralelo > Acesso em 02/04/21. 
[22] Imagem termistores. Disponível em < termist > Acesso em 02/04/21. 
[23] Conceitos de temperatura e calor. Disponível em < temp e calor > Acesso em 02/04/21. 
[24] Conceito de calorimetria, calor específico, capacidade térmica. Disponível em 
< calorimetria, e seus derivados > Acesso em 02/04/21. 
[25] Calor sensível. Disponível em < sensivel > Acesso em 02/04/21. 
[26] Calor latente. Disponível em < latente > Acesso em 02/04/21. 
[27] IMG: Termoscópio de Galileu. Disponível em < termoscop > Acesso em 02/04/21. 
[28] Imagem termopar tipo T. Disponível em < Tipo T >. Acesso em 03/04/21