Desde sempre, a temperatura foi algo importante para a humanidade, desde por motivos de sobrevivência até por motivos de conforto. Seja a temperatura ambiente, temperatura corpórea, temperatura de um equipamento eletrônico, temperatura dos mares, temperatura de motores a combustão ou temperaturas em processos industriais. Todas causam profundos impactos no nosso dia-a-dia. Como a faixa de temperaturas mensuráveis é grande, há uma grande gama de sensores disponíveis no mercado, variando de acordo com a finalidade e a faixa de temperaturas que se deseja medir. Para medição de temperaturas extremas, partindo desde algumas dezenas negativas até algumas unidades de milhar de graus Celsius, os termopares se mostram sensores muito adequados. Muito utilizados na indústria, os termopares constituem portanto um dos elementos sensores de temperaturas mais utilizados no mundo. Por isso, neste post você aprenderá mais sobre o termopar, incluindo como ele funciona, os tipos disponíveis no mercado e uma dica de termopar para você aprender na prática sobre isso.
O que é e como funciona o termopar?
Os termopares (ou pares termoelétricos, nomenclatura comum na literatura) são elementos sensores de temperatura que operam baseados em uma diferença de potencial (tensão elétrica) gerada quando dois metais distintos e unidos são submetidos a uma determinada faixa de temperaturas. Em suma, metais distintos unidos são capazes de provocar diferenças de potencial (tensão elétrica) muito baixas, em função da temperatura a qual estão submetidos, permitindo que esta temperatura seja medida. Observe a figura 1.
Para entender o básico de como um termopar funciona, em termos físicos e químicos, é preciso ter em mente três fenômenos e acontecimentos observados:
- Força Eletromotriz “descoberta por acidente”: no ano de 1821, o físico Thomas Seebeck descobriu por acidente algo até então revolucionário: se um fio de cobre formasse uma junção com um fio de ferro e esta junção fosse aquecida, uma pequena força eletromotriz (tensão elétrica) poderia ser medida entre tais fios. Isso foi a base para os estudos dos fenômenos a seguir.
- Força Eletromotriz de Peltier: segundo Peltier, se uma corrente elétrica atravessa a junção entre dois metais distintos, há geração ou absorção de calor observada, sendo estas proporcionais à intensidade da corrente elétrica.
Ou seja, há relação entre calor absorvido ou gerado por um metal em função de corrente elétrica. - Força Eletromotriz de Thomson: se um condutor uniforme for aquecido de maneira não uniforme, nas extremidades deste condutor surge uma força eletromotriz cuja polaridade e intensidade dependem do gradiente de temperatura no trecho considerado do condutor.
Portanto, há relação entre temperatura e tensão elétrica (na junção de dois metais distintos).
Ambos os fenômenos mostram que há uma relação entre temperatura de metais condutores, corrente elétrica e força eletromotriz (tensão elétrica) observada. Isso leva a uma conclusão muito importante: a tensão elétrica que aparece nas extremidades de uma junção de metais distintos submetidos a uma determinada temperatura pode ser usada para a medir tal temperatura. Isso foi a chave para medição de temperaturas muito altas ou muito baixas de forma eletrônica, algo vital para os mais variados processos industriais atualmente.
Porém, para utilizar termopares na prática, é preciso estar ciente de que:
- Embora seja possível fazer medições de temperatura desta maneira, estas não são lineares.
- As tensões elétricas geradas são muito baixas (tipicamente, na ordem de algumas dezenas de micro Volt). Portanto, antes da leitura por um sistema eletrônico (um microcontrolador, por exemplo), estas precisam ser amplificadas.
- Termopares são sensíveis a impacto / dobras. Logo, há grandes chances de danos físicos invalidarem por completo um termopar. Isso mostra que é fundamental ter cuidado ao estabelecer um local de medição para os termopares.
Tipos de termopares disponíveis no mercado
Há vários tipos de termopares disponíveis no mercado, cada qual com um par de metais e faixa de temperatura de operação distintos.
Os tipos mais comuns de termopares no mercado, suas respectivas faixas de operação e suas constituições (termo para designar os metais ou ligas metálicas utilizadas na junção) podem ser vistos na tabela da figura 3.
Sendo assim, a escolha de um termopar deve levar em consideração não somente preço do termopar em si, mas também (e principalmente) a faixa de temperatura esperada para medição. Nessa hora, o trabalho conjunto entre as engenharias elétrica e mecânica é algo fundamental para a correta medição da temperatura de uma máquina ou processo industrial.
Como iniciar no aprendizado prático de termopares?
Felizmente, hoje em dia é possível adquirir termopares e amplificadores eletrônicos para uso conjunto com relativa facilidade e preço acessível. O tipo de termopar mais comum e barato presente no mercado é o termopar tipo K, algo em partes devido ao preço dos metais envolvidos na sua fabricação. Logo, se você deseja ter um aprendizado prático com termopares, meu conselho é começar pelo tipo K.
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Olá,
Obrigado pelo artigo.
Tenho a intenção de medir e monitorar temperaturas que vão desde a ambiente até, talvez, uns 50 negativos (celsius). Para tanto acabei, por acaso, conseguindo dois termopares tipo T. Dá pra ligar ao módulo? Teria que fazer alguma adaptação, ou usar algum outro módulo? Pergunto isto pois umas das informações que vi indica uma formação de DDP parasita no ponto da solda (ou dos bornes), devido aos diferentes metais usados nestes pontos. Como resolver este problema? Será que usar ambos os termopares juntos seria uma solução?