Fios de termopar 101 Tipos, aplicações e propriedades

Os termopares estão entre os sensores de temperatura mais usados em aplicações industriais, científicas e domésticas, oferecendo uma ampla gama de medições de temperatura. No centro desses dispositivos estão os fios de termopar, que são essenciais para a detecção e a medição de temperatura. Este artigo aborda os conceitos básicos dos fios de termopar, incluindo seus tipos, aplicações e principais propriedades.

Entendendo os fios do termopar

Um termopar consiste em dois fios de metal diferentes unidos em uma extremidade, conhecida como junção de medição. Quando a junção de medição é aquecida ou resfriada, ela gera uma tensão termoelétrica que pode ser correlacionada à temperatura. A outra extremidade, onde os fios não estão unidos, é conectada à instrumentação que lê essa tensão. A diferença de temperatura entre a junção de medição e o ponto de referência (geralmente no instrumento) é usada para determinar a temperatura real na junção de medição.

Quais fios são usados nos termopares?

Os fios do termopar são categorizados em tipos com base nas ligas metálicas usadas nos fios. Cada tipo é designado por uma letra e tem faixas de temperatura e ambientes específicos nos quais apresenta melhor desempenho.

Tipo K (Cromel-Alumel):

O termopar mais comum, adequado para uso geral em atmosferas oxidantes ou inertes, com uma faixa de temperatura de -200°C a +1260°C.

Chumbo positivo: Cromel (liga de níquel-cromo)

Chumbo negativo: Alumel (liga de níquel e alumínio)

Tipo J (Ferro-Constantan):

Preferido para vácuo, redução ou atmosferas inertes, com uma faixa de -40°C a +750°C.

Chumbo positivo: Ferro

Chumbo negativo: Constantan (liga de cobre e níquel)

Tipo T (Cobre-Constantan):

Ideal para aplicações de baixa temperatura em atmosferas oxidantes, redutoras ou inertes, funcionando de -200°C a +350°C.

Cabo positivo: Cobre

Chumbo negativo: Constantan (liga de cobre e níquel)

Tipo E (Cromel-Constantan):

Apresenta um alto rendimento e uma faixa de temperatura de -50°C a +900°C, adequada para vários ambientes.

Chumbo positivo: Cromel (liga de níquel-cromo)

Chumbo negativo: Constantan (liga de cobre e níquel)

Tipo N (Nicrosil-Nisil):

Semelhante ao tipo K, mas mais estável e resistente à oxidação em alta temperatura, adequado para -270°C a +1300°C.

Chumbo positivo: Nicrosil (liga de níquel-cromo-silício)

Chumbo negativo: Nisil (liga de níquel-silício)

Tipo S, R e B (platina e ródio):

Esses tipos são usados em aplicações de alta temperatura, oferecendo estabilidade e resistência à oxidação em temperaturas de até +1700°C para os tipos S e R, e de até +1800°C para o tipo B.

Chumbo positivo para os tipos S e R: liga de platina e ródio (o tipo S tem 10% de ródio, o tipo R tem 13% de ródio)

Chumbo negativo para os tipos S e R: Platina

Chumbo positivo para o Tipo B: Platina-30% de ródio

Chumbonegativo para o Tipo B: Platina-6% Ródio

Esta tabela fornece uma visão geral rápida dos tipos de termopares mais comuns, destacando sua composição, faixas de temperatura e usos típicos. A escolha do termopar depende dos requisitos específicos da aplicação, incluindo a faixa de temperatura, o ambiente e a precisão desejada.

Aplicações dos fios de termopar

Os fios de termopar encontram aplicações em vários setores devido à sua versatilidade e ampla faixa de temperatura:

Manufatura industrial: Para monitorar temperaturas de fornos, temperaturas de metais fundidos e outros processos industriais.

Produtos farmacêuticos: Em autoclaves e outros equipamentos que exigem controle preciso da temperatura.

Indústria alimentícia: Para fornos, grelhas e equipamentos de refrigeração.

Aeroespacial e automotivo: Em testes de componentes e sistemas sob temperaturas extremas.

Setor de energia: Em usinas de energia para monitoramento de temperatura de caldeiras e turbinas.

Principais propriedades dos fios de termopar

Ao selecionar um fio de termopar, várias propriedades e considerações são fundamentais:

Faixa de temperatura: Escolha um tipo de termopar que se adapte à faixa de temperatura de sua aplicação.

Ambiente: Considere a atmosfera (oxidante, redutora, inerte ou corrosiva) na qual o termopar irá operar.

Precisão e estabilidade: Tipos diferentes oferecem graus variados de precisão e estabilidade. Os tipos de platina (S, R, B) são mais estáveis e precisos, mas também mais caros.

Durabilidade: A vida útil de um fio de termopar em ambientes adversos é uma consideração importante.

Custo: O custo pode variar significativamente de acordo com o tipo de termopar e os requisitos específicos da aplicação.

Padrões de fios de termopar

Os fios de termopar e seu uso são regidos por vários padrões que especificam os materiais, as configurações, as tolerâncias e as faixas de temperatura para diferentes tipos de termopares. Esses padrões garantem que os termopares sejam fabricados e usados de forma a fornecer medições de temperatura precisas e confiáveis em várias aplicações. Os principais padrões associados aos fios de termopar incluem:

Normas internacionais

IEC 60584: é o padrão da Comissão Eletrotécnica Internacional que especifica as tensões termoelétricas e as relações de temperatura para todos os termopares padronizados. A Parte 1 dessa norma abrange as faixas de temperatura e as classes de tolerância para termopares, enquanto a Parte 2 fornece as tolerâncias para cabos de extensão e compensação.

ASTM E230/E230M: Publicada pela American Society for Testing and Materials, essa norma fornece tabelas de temperatura-força eletromotriz (emf) para tipos de termopares padrão, de acordo com o sistema habitual dos EUA. Também abrange designações de letras, tolerâncias e outras características essenciais dos termopares.

Normas nacionais

ANSI MC96.1: O padrão do American National Standards Institute para sensores de temperatura, incluindo termopares. Fornece diretrizes para o uso, o desempenho e os limites de erro dos termopares.

BS EN 60584: a adoção da norma IEC 60584 pelo British Standards Institution, que fornece a relação entre tensão termoelétrica e temperatura e as tolerâncias para termopares.

DIN EN 60584: a versão alemã da norma IEC, adotada pelo Deutsches Institut für Normung.

Normas japonesas

JIS C 1602: são os padrões industriais japoneses para termopares, descrevendo as especificações para a tensão termoelétrica e a faixa de temperatura dos termopares usados no Japão.

Outras considerações

Além desses padrões, os fios dos termopares também devem seguir diretrizes específicas com relação ao isolamento, ao tamanho do fio e ao ambiente de uso (como faixa de temperatura e atmosfera). Esses fatores podem afetar a precisão, o tempo de resposta e a longevidade do termopar.

Material de isolamento: Dependendo do ambiente operacional, os fios do termopar são isolados com materiais como fibra de vidro, PTFE ou cerâmica para proteger contra danos físicos, interferência elétrica e corrosão química.

Bitola do fio: O tamanho do fio do termopar pode afetar seu tempo de resposta e sua resistência. As normas podem recomendar tamanhos de bitola de fio com base nas necessidades específicas da aplicação.

Padrões de conectores e terminais: Os conectores e terminais usados com fios de termopar também devem atender a padrões específicos para garantir a compatibilidade e manter a precisão das medições de temperatura.

Conclusão

Os fios de termopar são ferramentas indispensáveis na medição de temperatura, com vários tipos disponíveis para atender a praticamente qualquer aplicação. A compreensão dos tipos, das aplicações e das propriedades desses fios pode ajudar os usuários a selecionar o termopar certo para suas necessidades, garantindo medições de temperatura precisas e confiáveis em qualquer ambiente. Se estiver envolvido em fabricação industrial, produtos farmacêuticos, processamento de alimentos ou qualquer campo que exija controle preciso da temperatura, há um fio de termopar que atende às suas necessidades.