O que é um termopar?

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Um termopar é uma estrutura criada para exercer exatamente a mesma função que um termômetro, sendo na verdade apenas uma variação do mesmo. A grande vantagem de um termopar é a sua capacidade de medir diferentes alterações de temperatura em um mesmo aparelho e, apesar da precisão não ser o seu ponto forte, consegue fornecer dados importantes o suficiente para garantir o controle de uma temperatura que pode ser abaixo de zero ou bem acima dos 75 graus.

Utilizado principalmente em escala industrial, um termopar tem a capacidade de medir uma variação de temperaturas de acordo com suas extremidades, sendo possível, por exemplo, medir a temperatura ambiente e a temperatura em um outro ponto que esteja sofrendo o efeito do frio ou do calor, dando uma média geral da modificação de temperatura e auxiliando em aplicações técnicas para os mais diversos tipos de indústrias.

História do termopar

A base do funcionamento de um termopar é um fenômeno físico chamado Efeito Seebeck, que recebe esse nome em homenagem ao seu descobridor, o físico Thomas Johann Seebeck, que estudava fenômenos termoelétricos.

O Efeito Seebeck é a produção de uma diferença de tensão elétrica entre dois condutores diferentes, de materiais distintos, em ambientes diferentes. Esse efeito, observado pela primeira vez em 1822, permitiu que o físico conseguisse elaborar um tipo de equipamento que medisse essa variação elétrica e a convertesse em uma temperatura. Assim foi criado o primeiro termopar.

Apesar de um termopar poder ser construído a partir do uso de qualquer metal, normalmente é utilizado alguns padrões, por sua capacidade de gerar tensões elétricas previsíveis e suportar elevadas modificações de temperaturas.

Como funciona o termopar?

A temperatura medida pelo termopar não é necessariamente baseada na exposição ao calor ou frio da peça propriamente dita. A base da referência da temperatura do termopar é obtida a partir de estímulos elétricos, que são recebidos de diferentes metais que se localizam nas extremidades do equipamento. Explicando com os termos físicos, podemos dizer que um termopar, na verdade, tem dois captadores de Força Eletro-motriz e um leitor desse sinal, que consegue rapidamente interpretar os dados desenvolvidos e convertê-los para um leitor que indicará os valores obtidos em graus celsius ou qualquer outro tipo de medida utilizada.

Ou seja, podemos afirmar que um termopar, apesar de ser incapaz de medir a temperatura absoluta, oferece uma leitura precisa da diferença de temperatura entre dois pontos. Observando as duas extremidades, elas estão sempre comparando a temperatura entre um lado, que tem uma fita de determinado tipo de metal, e a outra. Essa comparação gera uma tensão elétrica entre as duas margens. Quanto maior for a diferença de temperatura obtida pelas duas extremidades, maior é a corrente elétrica gerada, deixando o resultado mais preciso.

É importante lembrar que metais diferentes geram distintos dados absorvidos pelo aparelho, o que explica a importância de se utilizar termopares diferentes de acordo com a temperatura que se pretende avaliar. Vale lembrar que uma das grandes vantagens do uso de um termopar é o seu preço baixo e benefício oferecido para quem o utiliza. E com tal custo-benefício, sempre haverá a opção de substituir um termopar, ato esse que pode ser realizado sem qualquer dano para os ambientes em que as temperaturas estão sendo controladas e sem prejudicar de qualquer forma a precisão dos dados recolhidos.

Entendendo os diferentes modelos de termopares

Devido a ampla abrangência de uso dos termopares, eles estão também disponíveis em larga escala para a compra. Acontece que a grande variedade disponível acaba acarretando em um sério problema: qual modelo comprar? Para isso, foram criadas subcategorias de uso dos termopares, o que facilita sua escolha.

Visando manter essa divisão o mais simples possível, os termopares estão separados de acordo com a liga de metal que utilizam e a sua construção física. Essa diferença de construção física é importante, pois o uso de acordo com a temperatura fará toda a diferença. As categorias de termopares mais utilizadas no mercado são:

 

Termopares

Tipo K (Cromel / Alumel)

Cromel é uma liga composta 90% de níquel (Ni) e 10% cromo (Cr).
Alumel é uma liga composta 95% de níquel e 5% alumínio (Al)
Esse tipo de termopar tem uma aplicação mais genérica, portanto, tem custo menor. Cobrem temperaturas entre os -200 e os 1200 °C.

As características do termopar K são:

Termoelemento positivo (KP): Ni90%Cr10% (Cromel)
Termoelemento negativo (KN): Ni95%Mn2%Si1%Al2% (Alumel)
Faixa de utilização: -270 °C a 1200 °C
Tipo E (Cromel / Constantan)
Constatan é uma liga metálica que varia em sua composição, mas que tem cobre, níquel, manganês e ferro.
Este termopar é muito sensível, sendo indicado para o uso em baixas temperaturas.

Características:

Termoelemento positivo (EP): Ni90%Cr10% (Cromel)
Termoelemento negativo (EN): Cu55%Ni45% (Constantan)
Faixa de utilização: -270 °C a 1000 °C
Tipo J (Ferro / Constantan)

A variação de temperatura deste modelo é muito menor do que o dos outros modelos (-40 a 750 °C). Porém, ele é importante principalmente no uso de equipamentos ultrapassados. Caso este modelo seja exposto a temperaturas mais altas que 750 ºC, ele perde sua capacidade de aferir as temperaturas.

Características:

Termoelemento positivo (JP): Fe99,5%
Termoelemento negativo (JN): Cu55%Ni45% (Constantan)
Faixa de utilização: -210 °C a 760 °C
Tipo N (Nicrosil / Nisil)
Nicrosil é um composto metálico 84,5% níquel, 14% cromo e 1,5% silício (Si)
Nisil é 95,4% níquel, 4,5% silício e 0,1% magnésio (mg)

Este modelo é o mais indicado para medir as temperaturas mais elevadas. Isso acontece pois ele tem elevada estabilidade e resistência à oxidação e altas temperaturas. Sua principal vantagem é a ausência de platina, ao contrário de outros modelos para temperaturas elevadas.

Tipos B, R e S (Platina / Ródio-Platina)

Platina é a prata como conhecemos, e o ródio-platina é a prata com uma porcentagem de rádio (Rh)

Os termopares tipo B, R e S são muito semelhantes entre si. Todos eles têm características mais estáveis, mas com sensibilidade reduzida, o que os faz propícios para temperaturas mais altas, normalmente acima dos 300 °C.

Estes modelos de termopares são mais simples, necessitando de conexões menos complexas que os outros modelos já descritos.

Características tipo B

Termoelemento positivo (BP): Pt70,4%Rh29,6% (Ródio-Platina)
Termoelemento negativo (BN): Pt93,9%Rh6,1% (Ródio-Platina)
Faixa de utilização: 0 °C a 1820 °C

Características tipo R

Adequado para medição de temperaturas até aos 1600 °C. Baixa sensibilidade e alto valor de produção.
Termoelemento positivo (RP): Pt87%Rh13% (Ródio-Platina)
Termoelemento negativo (RN): Pt100%
Faixa de utilização: -50 °C a 1768 °C

Características tipo S

Tem as mesmas características do tipo R, mas com uma estabilidade muito maior.
Termoelemento positivo (SP): Pt90%Rh10% (Ródio-Platina)
Termoelemento negativo (SN): Pt100%
Faixa de utilização: -50 °C a 1768 °C
Tipo T (Cobre / Constantan)

Por fim, o último dos principais modelos de termopares é composto de cobre e constantan, sendo indicado para medir temperaturas entre -270 °C a 400 °C.

Características:

Termoelemento positivo (TP): Cu100%
Termoelemento negativo (TN): Cu55%Ni45% (Constantan)
Faixa de utilização: -270 °C a 370 °C