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Termodinâmica 1

Termodinâmica 1. Termometria - Termopares. José Queiroz - Unilins. TERMOELETRICIDADE TERMOPARES.

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Termodinâmica 1

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  1. Termodinâmica 1 Termometria - Termopares José Queiroz - Unilins

  2. TERMOELETRICIDADE TERMOPARES Em 1821, o físico alemão Thomas Johann Seebeck observou que, unindo as extremidades de dois metais diferentes “x” e “y” e submetendo as junções “a” e “b” a temperaturas diferentes T1 e T2, surge uma f.e.m. (força eletromotriz, normalmente da ordem de mV) entre os pontos a e b, denominada “tensão termoelétrica”. Figura 2 - Experimento de Seebeck

  3. TERMOELETRICIDADE TERMOPARES Este fenômeno é conhecido por "Efeito Seebeck". Em outras palavras, ao se conectar dois metais diferentes (ou ligas metálicas) do modo mostrado na Figura abaixo, tem-se um circuito tal que, se as junções “a” e “b” forem mantidas em temperaturas diferentes T1 e T2, surgirá uma f.e.m. termoelétrica e uma corrente elétrica “i” circulará pelo chamado "par termoelétrico” ou "termopar". Qualquer ponto deste circuito poderá ser aberto e nele inserido o instrumento para medir a f.e.m. Em 1826, o físico francês Antonie Becquerel sugeriu pela primeira vez a utilização do efeito Seebeck para medição de temperatura.

  4. TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – LEIS TERMOELÉTRICAS 1a Lei Termoelétrica “A força eletromotriz "" de um termopar depende somente da natureza dos condutores e da diferença de temperatura entre as junções de contato”.

  5. TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – LEIS TERMOELÉTRICAS • Algumas conseqüências importantes da 1a Lei • Se as junções estiverem a mesma temperatura, a f.e.m. gerada pelo termopar é nula. • b) A f.e.m. gerada pelo termopar independe do ponto escolhido para medir o sinal. Por isso, ao confeccionar o termopar, numa das junções não é realizada a solda, introduzindo-se alí o instrumento.

  6. TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – LEIS TERMOELÉTRICAS Lei dos MetaisIntemediários Af.e.m. do termoparnãoseráafetada se emqualquerponto do circuito for inserido um terceiro metal, desdequesuasjunçõessejammantidas a mesmatemperatura. T3 = T4 --> E1 = E2 Um exemplo de aplicação prática desta lei é a utilização de contatos de latão ou cobre, para interligação do termopar ao cabo de extensão no cabeçote.

  7. TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – LEIS TERMOELÉTRICAS 2a Lei Termoelétrica (Lei das Temperaturas Intermediárias) “Se dois metais homogêneos diferentes produzem uma f.e.m. E1 quando as junções estão às temperaturas T1 e T2, e uma f.e.m. E2, quando as junções estão a T2 e T3, a f.e.m. gerada quando as junções estão a T1 e T3 será E1 + E2”.

  8. Cu e RT Rv x a T b Cu 2 T 1 y TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – CIRCUITOS DE TERMOPARES E MEDIÇÕES DE F.E.M. A Figura mostra um termopar usado para medir a temperatura T1; o instrumento indicará uma tensão proporcional a diferença (T1 - T2 ). T2 pode ser medida com um termômetro convencional. No Circuito equivalente acima, Rv é a resistência interna do voltímetro. RT é a resistência dos fios do termopar acrescido dos fios que levam o sinal ao instrumento.

  9. MEDIÇÃO DE TEMPERATURA COM TERMOPAR BLOCO DE JUNTA DE LIGAÇÃO REFERÊNCIA JUNTA DE TERMOPAR CABO DE MEDIÇÃO EXTENSÃO TRM DE TEMP., INDICADOR OU GRADIENTE DE TEMPERATURA ( ∆T) CARTÃO INPUT(CLP) Efeitos Termoelétricos: Seebeck: A experiência de SEEBECK demonstrou que num circuito fechado, formado por dois fios de metais diferentes, se colocarmos os dois pontos de junção à temperaturas diferentes, se cria uma corrente elétrica cuja intensidade é determinada pela natureza dos dois metais, utilizados e da diferença de temperatura entre as duas junções Peltier : É o inverso do termopar: uma corrente elétrica é forçada a passar por junções de metais diferentes, resultando em aquecimento de uma e resfriamento de outra. Outros Efeitos: Thomson e Volta.

  10. MEDIÇÃO DE TEMPERATURA COM TERMOPAR

  11. A (+) I Efeito Seebeck" " T Tr B (-) E A (+) " Efeito Peltier " T - ) T T + ) T B (-) Peltier : É o inverso do termopar: uma corrente elétrica é forçada a passar por junções de metais diferentes, resultando em aquecimento de uma e resfriamento de outra.

  12. Correlação da F.E.M. x Temperatura mV 80 E 70 60 K 50 J NICROSIL-NISIL 40 30 R 20 T S B 10 T 0 0 200 600 800 400 1000 1200 1800 1400 1600

  13. Correção da Junta de Referência Cr Cr 0 ºC E2 = 0,96 24 ºC T2 E1 = 19,68 A A FORNO F.e.m. = Jm – Jr F.e.m. = 2,035 – 0,992 F.e.m. = 1,043 mV TERMÔMETRO DIGITAL TIPO “T" 50 ºC 2,035 mV JR = 0,992 mV 25 ºC

  14. EXTENSÃO -ERROS DE LIGAÇÃO CABEÇOTE CABO DE COBRE 38 °C 1,529 mV 0,00 mV REGISTRADOR 24 °C 0,960 mV TC TIPO K 20,371 mV + 20,731 mV + 0,000 mV + 0,960 mV +21,691 mV 525 °C ERRO = - 13 °C 538 °C * Usando fios de cobre. 22,260 mV FORNO

  15. CABEÇOTE CABO TIPO KX 38 °C 1,529 mV 0,569 mV REGISTRADOR 24 °C 0,960 mV TC TIPO K 20,371 mV + 20,731 mV + 0,569 mV + 0,960 mV + 22,260 mV 538 °C ERRO = ' 0 538 °C * Usando fios de compensação. 22,260 mV FORNO EXTENSÃO – COMPENSAÇÃO CABO ESPECIAL

  16. CABEÇOTE CABO TIPO KX 38 °C 1,529 mV 0,569 mV REGISTRADOR 24 °C 0,960 mV TC TIPO K 20,731 mV - 20,731 mV + 0,569 mV + 0,960 mV - 19,202 mV 538 °C * Inversão simples. 22,260 mV FORNO EXTENSÃO -ERROS DE LIGAÇÃO

  17. CABEÇOTE CABO TIPO KX 38 °C 1,529 mV 0,569 mV REGISTRADOR 24 °C 0,960 mV TC TIPO K 20,731 mV + 20,731 mV - 0,569 mV + 0,960 mV 511 °C ERRO = - 27 °C + 21,102 mV 538 °C 22,260 mV * Inversão Dupla. FORNO EXTENSÃO -ERROS DE LIGAÇÃO

  18. ASSOCIAÇÃO SÉRIE DE TERMOPARES 1. - Associação Série – Exemplo tipo K F.e.m. = E56 – E50 F.e.m. = (2,27 - 1,0) + (2,022 – 1,0) F.e.m. = 1,27 +1,022 F.e.m. = 2,292 mV

  19. ASSOCIAÇÃO DE TERMOPARES 1. - Associação Série Oposta – Exemplo tipo K

  20. ASSOCIAÇÃO DE TERMOPARES 1. - Associação Paralelo – Exemplo tipo K

  21. TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – LEIS TERMOELÉTRICAS Termopares básicos São assim chamados os termopares de maior uso industrial, em que os fios são de custo relativamente baixo e sua aplicação admite um limite de erro maior. A seguir daremos informações sobre os termopares da norma ANSI MC – 96.1 e baseados na ITS – 90.

  22. TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – LEIS TERMOELÉTRICAS Normas e Características - básico Tipo T Cor do fio: ( + ) Azul ( - ) Vermelho Cor do cabo: Azul Liga: ( + ) Cobre - ( 99,9 % ) ( - ) Constantan - São as ligas de Cu - Ni compreendidos no intervalo entre Cu ( 50 % ) e Cu ( 65 % ) Ni ( 35 % ). A composição mais utilizada para este tipo de termopar é de Cu ( 58 % ) e Ni ( 42 % ). Características: Faixa de utilização: - 184 °C a 370 °C F.e.m. produzida: - 6,258 mV a 20,810 mV Aplicações: Criometria (baixas temperaturas), Indústrias de refrigeração, Pesquisas agronômicas e ambientais, Química e Petroquímica.

  23. TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – LEIS TERMOELÉTRICAS Normas e Características - Básico Tipo J Cor do fio: ( + ) Branco ( - ) Vermelho Cor do cabo: Preto Liga: ( + ) Ferro - ( 99,5 % ) ( - ) Constantan= Cu ( 58 % ) e Ni ( 42 % ). Normalmente se produz o ferro a partir de sua característica e casa-se o constantan adequado. Características: Faixa de utilização: 0 °C a 760 °C F.e.m. produzida: - 8,095 mV a 43,559 mV Aplicações: Centrais de energia, Metalúrgica, Química, Petroquímica, indústrias em geral.

  24. TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – LEIS TERMOELÉTRICAS Normas e Características - Básico Tipo E Cor do fio: ( + ) Violeta ( - ) Vermelho Cor do cabo: Violeta Liga: ( + ) Chromel - Ni ( 90 % ) e Cr ( 10 % ) ( - ) Constantan - Cu ( 58 % ) e Ni ( 42 % ) Características: Faixa de utilização: 0 °C a 870 °C F.e.m. produzida: - 9,835 mV a 76,298 mV Aplicações: Química e Petroquímica

  25. TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – LEIS TERMOELÉTRICAS Normas e Características - Básico Tipo K Cor do fio: ( + ) Amarelo ( - ) Vermelho Cor do cabo: Amarelo Liga: ( + ) Chromel - Ni ( 90 % ) e Cr ( 10 % ) ( - ) Alumel - Ni( 95,4 % ), Mn( 1,8 % ), Si( 1,6 % ), Al( 1,2 % ) Características: Faixa de utilização: 0 °C a 1260 °C f.e.m. produzida: - 6,458 mV a 54,852 mV Aplicações: Metalúrgicas, Siderúrgicas, Fundição, Usina de Cimento e Cal, Vidros, Cerâmica, Indústrias em geral.

  26. TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – LEIS TERMOELÉTRICAS TermoparesNobres São aqueles que os pares são constituídos de platina. Embora possuam custo elevado e exijam instrumentos receptores de alta sensibilidade, devido à baixa potência termoelétrica, apresentam uma altíssima precisão, dada a homogeneidade e pureza dos fios dos termopares.

  27. TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – LEIS TERMOELÉTRICAS Normas e Características – TermoparesNobres Tipo S Cor do fio: ( + ) Preto ( - ) Vermelho Cor do cabo: Verde Liga: ( + ) Platina 90% Rhodio 10 % ( - ) Platina 100 % Características: Faixa de utilização: 0 °C a 1480 °C F.e.m. produzida: - 0,236 mV a 18,693 mV Aplicações: Siderúrgica, Fundição, Metalúrgica, Usina de Cimento, Cerâmica, Vidro e Pesquisa Científica. Observação: É utilizado em sensores descartáveis na faixa de 1200 a 1768 °C, para medição de metais líquidos em Siderúrgicas e Fundições

  28. TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – LEIS TERMOELÉTRICAS Normas e Características – TermoparesNobres Tipo R Cor do fio: ( + ) Preto ( - ) Vermelho Cor do cabo: Verde Liga: ( + ) Platina 87 % Rhodio 13 % ( - ) Platina 100 % Características: Faixa de utilização: 0 °C a 1480 °C F.e.m. produzida: - 0,226 mV a 21,101 mV Aplicações: As mesmas do tipo S

  29. TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – LEIS TERMOELÉTRICAS Normas e Características – TermoparesNobres Tipo B Cor do fio: ( + ) Cinza ( - ) Vermelho Cor do cabo: Cinza Liga: ( + ) Platina 70 % Rhodio 30 % ( - ) Platina 94 % Rhodio 6 % Características: Faixa de utilização: 870a 1705 °C f.e.m. produzida: 0 mV a 13,809 mV Aplicações: Vidro, Siderúrgica, alta temperatura em geral.

  30. TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – LEIS TERMOELÉTRICAS TermoparesEspeciais Ao longo dos anos, os tipos de termopares produzidos oferecem, cada qual, uma característica especial, porém apresentam restrições de aplicação, que devem ser consideradas. Novos tipos de termopares foram desenvolvidos para atender as condições de processo onde os termopares básicos não podem ser utilizados.

  31. TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – LEIS TERMOELÉTRICAS Normas e Características – TermoparesEspeciais TUNGSTÊNIO – RHÊNIO : Esses termopares podem ser usados continuamente até 2300 °C e por curto período até 2750 °C. IRÍDIO 4 0 % - RHODIO / IRÍDIO: Esses termopares podem ser utilizados por períodos limitados até 2000 °C. PLATINA - 4 0% RHODIO / PLATINA - 2 0 % R H O D I O: Esses termopares são utilizados em substituição ao tipo B onde temperaturas um pouco mais elevadas são requeridas. Podem ser usados continuamente até 1600 °C e por curto período até 1800 °C ou 1850 °C. OURO-FERRO / CHROMEL: Esses termopares são desenvolvidos para trabalhar em temperaturas criogênicas. NICROSIL / NISIL: Basicamente, este novo par termoelétrico é um substituto para o par tipo K, apresentando uma força eletromotriz um pouco menor em relação ao tipo K.

  32. Determine os valores pedidos dos esquemas abaixo :

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