Montagem de Termopares

Inúmeras são as configurações com que os termopares podem ser especificados e fornecidos, cada uma adequada à sua aplicação específica. Entretanto, todas as configurações derivam de duas básicas:

- Termopar Convencional;

- Termopar com Isolação Mineral;

Termopar Convencional


A configuração acima corresponde à mais simples para um termopar, consistindo nos termoelementos acomodados em isoladores cerâmicos, usualmente denominados missangas. As missangas são produzidas com óxido de magnésio (Mg2O) 66,7%, com alta condutibilidade térmica e também alta resistência de isolação. A junção de medição é montada por soldagem dos termoelementos (obs: ao soldar os termoelementos produz-se um material diferente daqueles que constituem cada um deles mas, pela lei dos materiais intermediários, não ocorre mudança no sinal do termopar). Dependendo das condições a que o termopar ficará exposto, a solda poderá ser de topo ou então precedida de uma torção, com a finalidade de aumentar sua resistência mecânica. Na junção de referência é instalado um bloco de ligação, com a finalidade de fazer a conexão entre o termopar e o fio/cabo de extensão/compensação (ver item Fios e Cabos pág 46).

Frequentemente o termopar convencional é montado dentro de um tubo de proteção com a finalidade de proteger os termoelementos do ataque da atmosfera do meio em que é introduzido ou ainda por condições de segurança da planta industrial. Usualmente os tubos de proteção são metálicos ou cerâmicos, dependendo das características da atmosfera e da faixa de temperatura. Segue abaixo uma breve descrição dos materiais mais utilizados na fabricação dos tubos de proteção:

 Material
Temperatura Máxima (ºC)
 Aço Carbono
550
Aço Cromo 446
1093
 Carbeto de Silício
1500
 Carbeto de Silício  Recristalizado
1650
 Cerâmica 610 (Pythagoras)
1500
Cerâmica 710/799 (Alsint)
1600
Cobre
315
 Ferro Preto
800
 Hastelloy B
760
 Hastelloy C
993
 Inconel 600
1149
 Inox 304
899
 Inox 310
1147
 Inox 316
927
 Monel
893
 Nicrobell
1250
 Nióbio: Liquido
            Ar e Vácuo
1000
2000
 Nodular Perlítico
900
 Platina
1699
 Tântalo (Vácuo)
2200
 Thermalloys APM
1425
 Titânio: Atmosfera Oxidante
             Atmosfera Redutora
250
1000

Esta tabela apresenta a relação entre tipo de Termopar e a bitola do fio a ser utilizado.

tipo\bitola
8AWG
14 AWG
20 AWG
24 AWG
28 AWG
T
-
370 ºC
260 ºC
200 ºC
200 ºC
J
760 ºC
590 ºC
480 ºC
370 ºC
370 ºC
E
870 ºC
650 ºC
540 ºC
430 ºC
430 ºC
K & N
1260 ºC
1090 ºC
980 ºC
870 ºC
870 ºC
S & R
-
-
-
1480 ºC
-
B
-
-
-
1700 ºC
-

Termopar com Isolação Mineral

O termopar com isolação mineral foi desenvolvido inicialmente para aplicações no setor nuclear, sendo posteriormente estendida aos demais setores do processo produtivo. Os principais motivos que geraram o seu desenvolvimento foi a necessidade de um termopar com tempo de resposta menor do que o que se obtinha com o termopar convencional montado com tubo de proteção, e que os termoelementos não entrassem em contato direto com o meio em que seriam inseridos.

A fabricação de um termopar com isolação mineral parte de um termopar convencional montado com um tubo de proteção, sendo todo o conjunto trefilado. Neste processo os termoelementos ficam isolados entre si por um pó compactado de MgO2 e protegidos por uma bainha metálica (originalmente o tubo de proteção). Após a trefila, o termopar é submetido a um tratamento térmico, visando aliviar as tensões mecânicas produzidas na trefilação. Usualmente os termopares com isolação mineral são encontrados no mercado com diâmetros externos de 6,0 mm, 4,5 mm, 3,0 mm, 1,5 mm, 1,0 mm e 0,5 mm.

Os termopares com isolação mineral são montados com a junção de medição isolada, aterrada ou exposta, conforme a figura abaixo.


As principais características de cada uma das montagens acima são:

1 - Termopar com junção isolada: os termoelementos ficam isolados do meio cuja temperatura irão monitorar e a bainha funciona como uma blindagem contra interferências eletromagnéticas. Seu tempo de resposta é maior do que o das outras montagens, e a duração e repetibilidade são as melhores, pois os termoelementos ficam totalmente protegidos.

2 - Termopar com junção aterrada: os termoelementos ficam isolados do meio, a bainha não funciona como uma blindagem eletrostática e o tempo de resposta é bem menor que o da montagem isolada.

3 - Termopar com junção exposta: os termoelementos ficam expostos ao meio e a bainha não funciona como uma blindagem eletrostática. Este tipo de montagem tem limitações quanto à temperatura máxima de operação, para manter as especificações da isolação. A durabilidade e repetibilidade dos termoelementos são intensamente afetadas em função do meio.

Resistência de Isolação

A tabela abaixo apresenta os valores mínimos de isolação para os termopares de isolação mineral. Quando montados com a junção isolada, é muito importante que se verifique estes valores, para garantir o perfeito funcionamento do termopar.

Diâmetro do termopar (mm)
Tensão aplicada VCC
Resistência de isolação* mínima em MOhms
até 1,0
50
100
entre 1,0 e 1,5
50
500
acima de 1,5
500
1000

* Temperatura ambiente (20°C a 30°C)

A titulo de ilustração, a tabela abaixo apresenta os tempos de resposta dos termopares com isolação mineral, nas diversas montagens da junção de medição, quando inseridos em um meio à temperatura de 100°C e estando à temperatura inicial de 20°C.

Diâmetro externo
da bainha
Tipo de Junção
Tempo de Resposta
0,5
0,5 
Aterrada
Isolada
0,06
0,16 
1,0
1,0 
Aterrada
Isolada
0,10
0,10 
1,5
1,5 
Aterrada
Isolada
0,20
0,60 
3,2
3,2 
Aterrada
Isolada
0,70
1,30 
6,3
6,3
6,3 
Aterrada
Isolada
Exposta 
2,00
4,50
0,10 

A tabela abaixo apresenta os limites máximos de utilização dos termopares com isolação mineral em função da bitola da bainha de proteção, conforme ASTM 608-95.

Diâmetro (mm)
Temperatura (ºC)
Tipo T
Tipo J
Tipo E
Tipo K/N
0,5
260
260
300
700
1,0
260
260
300
700
1,6
260
440
510
920
3,2
315
520
650
1070
4,8
370
620
730
1150
6,3
370
720
820
1150

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