Instrumentos para medição de temperatura: Como escolher o certo? (parte 1)

Nesta série de duas partes, aprenda os sete fatores a serem considerados ao escolher um termoelemento para cada ponto de medição do seu processo.

A maioria dos pontos de medição em um processo é usada para monitorar temperatura. Atualmente, esses pontos de medição tendem a ser equipados com instrumentos de medição de temperatura como termorresistências ou termopares. Mas, com todas as opções no mercado, qual instrumento é mais adequado para qual tarefa de medição?

Não existe uma única resposta para esta pergunta. Quase todos os pontos de medição possuem critérios únicos que devem ser levados em consideração. A seguir, alguns fatores decisivos:

1. Exatidão de medição e temperatura de operação

As termorresistências, também conhecidas como detectores de temperatura por resistência (RTDs), fornecem alta exatidão e excelente estabilidade ao longo do tempo. Por exemplo, o valor da tolerância para sensores da classe AA é 0,10°C + 0,0017 | t |. No entanto, as faixas de medição permitidas para sensores de resistência, de acordo com a norma IEC 60751, geralmente impedem o uso em temperaturas superiores a 600°C.

Embora a estabilidade ao longo do tempo dos termopares (TCs) seja significativamente menor que das termorresistências, estes tem a vantagem de ser capazes de medir temperaturas de até 1.700 °C.

2. Tamanho e resistência à vibração

Devido ao tamanho e construção de seus sensores (resistores), as termorresistências têm um diâmetro maior que os termopares. Os instrumentos WIKA, por exemplo, têm um diâmetro mínimo de aproximadamente 2,0 mm (0,08 “) para termorresistências e 0,5 mm (0,02”) para termopares.

Devido à sua construção simples, os termopares não são afetados por altas vibrações. As termorresistências WIKA podem suportar uma carga de 6 g na ponta do sensor (duas vezes mais que o indicado pela norma IEC 60751), ou até 50 g, se construções especiais forem solicitadas.

3. Tempo de resposta

Detalhe de um diagrama de tempo de resposta com três limites:t50 (laranja), t63 (roxo), e t90 (verde).

O tempo de resposta térmico indica a rapidez com que um instrumento responde a uma mudança na temperatura do processo. A referência comum de 90% do tempo, ou t90, que é o tempo que um instrumento leva para um atingir 90% do valor em estado estacionário após uma mudança repentina de temperatura.

Vários fatores influenciam o tempo de resposta. Além do meio do processo e da velocidade do fluído, o fator mais importante é o poço termométrico. A alta massa desta proteção prolonga consideravelmente o tempo necessário para que o calor do meio seja transferido para o sensor de temperatura. No entanto, os usuários têm opções para reduzir esse tempo de resposta.

No caso de velocidades em baixas vazões, considere o uso de poços termométrico com ponta cônica, rebaixada ou exposta. Outra opção são os chamados sensores de alta sensibilidade (com resistor especiais); estes estão em contato com
a parede do poço termométrico e separados do processo por apenas uma fina espessura de camada.

Melhorar o tempo de resposta em processos em altas vazões é muito mais complexo. Uma possibilidade é reduzir a profundidade de inserção e, portanto, também as forças que atuam no poço termométrico.
No entanto, se isso significar que a ponta do sensor não estará mais imersa o suficiente no processo, a qualidade e confiabilidade na medição da temperatura poderão ser questionadas. Os usuários podem alcançar maior estabilidade aumentando o diâmetro da haste. A desvantagem disso, é claro, é um tempo de resposta mais longo.

Aletas helicoidais em um poço termométrico quebram os vórtices, tornando-os muito fracos para causar fadiga mecânica.

Os poços termométricos com haste helicoidal como o design ScrutonWell^® da WIKA, representam um compromisso entre maior resistência e tempos de resposta mais reduzidos. As aletas na haste servem para quebrar os vórtices que criam vibrações, reduzindo assim a probabilidade de falha do poço termométrico em meios de alta velocidade.