Termopar, o que é? Funcionamento, tipos e aplicações!

Em Componentes eletrônicos por Pedro Alves

Você sabe o que é um termopar ou quais são as aplicações de um termopar? Existem vários tipos de termopar, sendo comumente usados em ambientes industriais. Por isso o Manual da Eletrônica explica o que é um termopar, como funciona um termopar e para que ele serve, além de mostrar quais são os tipos de termopares e suas respectivas características!

O que é um termopar

O termopar é mais um tipo de sensor de temperatura, onde uma de suas extremidades é constituída pela junção de dois metais diferentes. O termopar é um sensor de temperatura com diversas vantagens como por exemplo, baixo custo, realiza medições muito confiáveis, possui uma construção relativamente simples e robusta. É muito comum encontrar diversas variações de termopares, por isso a origem de diferentes tipos e faixas de aplicação.

Como funciona um termopar

O funcionamento do termopar é a partir da diferença de temperatura entre as suas extremidades, ou seja, entre a extremidade unida e a extremidade livre dos metais. Por causa dessa construção surge uma diferença de potencial que pode ser medida, assim a temperatura também pode ser estimada.

O funcionamento do termopar é baseado no efeito de Seebeck, que foi descoberto no ano de 1822 pelo físico Thomas Seebeck.

O princípio do efeito de Seebeck consiste na união entre dois metais diferentes, de forma que se estes dois materiais forem mantidos a temperaturas diferentes, surgirá uma diferença de potencial elétrico entre estes dois metais.

O termopar tem duas extremidades, onde a extremidade livre é conectada no voltímetro, que realiza a medição da tensão de saída do par termoelétrico. Após essa medição da tensão é possível determinar a temperatura em que a outra extremidade se encontra, ou seja, a extremidade com a junção dos dois metais.

O que é termopar? Tipos, características e aplicações!

Esquema de ligação do termopar.

É importante lembrar que a curva de temperatura do termopar, que relaciona a temperatura com a diferença de potencial em seus terminais, varia de acordo com o tipo do termopar!

A junção destes dois metais diferentes recebe o nome de par termoelétrico e para que seja possível construir sensores através deste princípio, essa combinação deve ser entre metais normalizados.

Vale a pena destacar que é possível construir um sensor de temperatura com a combinação de praticamente qualquer metal. Porém, a necessidade de usar metais que já sejam normalizados, é porque certas combinações de metais já possuem valores tabelados de tensões de saída, além disso algumas ligas são adotadas pelo sistema internacional (SI), devido a sua confiabilidade e precisão.

Curva do termopar

Todo termopar possui uma curva que relaciona a tensão de saída com a temperatura do sensor, por isso cada tipo de termopar tem diferentes curvas de temperaturas, como mostra o gráfico a seguir.

Correlação da f.e.m em função da temperatura.

Os valores de temperatura para cada nível de tensão medida em diferentes tipos de termopares são tabelados. Dessa forma, medindo a tensão de saída no sensor, é possível encontrar o valor da temperatura medida, para isso basta verificar a tabela.

Tipos de termopar

A diferença entre os tipos de termopares é por causa do seu custo de fabricação, confiabilidade, quantidade de temperatura suportada e outros fatores. Geralmente os termopares que possuem custos relativamente baixos são aqueles feitos de ferro, cobre ou níquel. Já os modelos com custos relativamente mais altos são os que têm platina em sua composição. Conheça a seguir alguns tipos de termopares!

Termopar tipo E

O termopar tipo E é fabricado a partir da junção de chromel (liga de Níquel e Cromo) com constantan (liga de Cobre e Níquel). A sensibilidade do termopar tipo E é de 68 µV/°C, por isso este tipo de termopar funciona muito bem em temperaturas menores, com uma faixa de temperatura que varia entre -200 °C e 870°C.

As tensões de saídas do termopar tipo E tem um range de -9mV até 66mV aproximadamente e por causa dessas características ele é muito utilizado em indústrias químicas e petroquímicas.

Termopar tipo J

Feito da união de ferro e constantan, o termopar tipo J tem uma faixa de temperatura um pouco mais limitada se comparado com outros modelos. Este tipo de termopar suporta fazer medições que podem variar entre -40°C e 760°C, fazendo com que ele seja muito menos conhecido que outros tipos termopares como por exemplo o termopar tipo K, que é muito mais popular. É importante destacar que ao ser exposto a temperaturas acima de 480°C, o termopar tipo J precisa ser protegido por um tubo que envolve o seu invólucro.

O termopar tipo J tem um custo relativamente baixo e uma vasta aplicação no setor industrial como por exemplo, centrais de energia, metalúrgicas, petroquímicas e outras. O termopar tipo J tem uma faixa de tensão de saída com valores que podem variar de -2mV até 43 mV aproximadamente.

Termopar tipo K

Este sensor de temperatura é feito por uma junção de chromel com alumel. Por isso o termopar tipo K possui um custo relativamente baixo e é muito conhecido.

A faixa de temperatura do termopar tipo k está entre os -200°C e 1260 °C, com uma sensibilidade de aproximadamente 41µV/°C. Devido às suas características, esse tipo de termopar é amplamente usado em atividades metalúrgicas, siderúrgicas, fundição, usinas de cimento e outras.

Termopar tipo N

Este tipo de sensor de temperatura é fabricado a partir da junção de duas ligas, sendo uma composta por níquel, cromo e silício (Nicrosil), enquanto a outra liga é feita de níquel, silício e magnésio (Nisil). O termopar tipo N tem uma alta resistência a elevadas temperaturas e uma grande estabilidade, fazendo com que este tipo de sensor seja pouco suscetível a corrosão.

Por causa dessas características o termopar tipo N é uma excelente opção para realizar medições em altos níveis de temperatura, sendo de -270°C até 1300°C, com tensão de saída que pode variar aproximadamente de 4mV até 46mV. Por isso a aplicação do termopar tipo N é muito comum em siderúrgicas, metalúrgicas, fundições e indústrias em geral.

Termopar tipo T

O termopar tipo T é fabricado a partir da união entre cobre e constantan. Este termopar possui uma faixa de operação que vai de -200°C até 370°C, com uma tensão de saída que vai de -6mV até 20mV aproximadamente.

Por causa dessas características o termopar tipo T é um componente muito usado em medições com temperaturas abaixo de 0°C, sendo muito utilizado em indústrias de refrigeração, indústrias químicas e petroquímicas.

Termopar tipo B

Este tipo de sensor é fabricado a partir da junção de duas ligas feitas de platina e ródio. Por isso esse componente tem um custo relativamente alto. O termopar tipo B tem uma sensibilidade muito menor do que qualquer um dos outros termopares que foram citados anteriormente, com aproximadamente 10 µV/°C.

Devido esse nível de sensibilidade este tipo de termopar é mais utilizado em medições de temperaturas acima dos 300°C, mas que pode medir temperaturas que variam de 600°C até 1700°C, fornecendo tensões de saída que variam aproximadamente de 2mV até 13mV.

Um detalhe importante sobre este tipo de termopar é que ele permite a utilização de cabos de cobre sem sofrer qualquer interferência na medição de temperatura.

Termopar tipo S

O termopar tipo S é fabricado a partir da união entre platina e uma liga de platina com ródio, que oferece uma excelente precisão em altas temperaturas, porém ele tem uma sensibilidade baixa, também na casa dos 10 µV/°C. Assim como o termopar tipo B, o termopar tipo S possui um custo relativamente alto, por causa da platina.

Esse tipo de termopar tem uma faixa de temperatura que varia de 0°C até 1500°C, com tensões de saída que vão de 0mV até 16mV, aproximadamente. Como este é um termopar com alto nível de precisão, ele normalmente é muito usado para calibrar outros tipos de termopares.

Termopar tipo R

O termopar tipo R é mais um modelo fabricado de platina, muito parecido com o termopar tipo S, ou seja, ele também é fabricado a partir da junção de platina com uma liga de platina e ródio, além de ter uma sensibilidade de aproximadamente 10 µV/°C.

Este sensor de temperatura também possui uma faixa de utilização que vai de 0°C até 1500°C, porém seus níveis de tensão de saída variam de 0mV até 18mV aproximadamente, também com um custo relativamente muito alto.

Para complementar o conteúdo, abaixo tem um vídeo do canal Mundo da Elétrica que explica de maneira detalhada o funcionamento dos termopares, além de falar das suas características.

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Sobre o autor

Pedro Alves atua na área de eletricidade desde 2014 quando cursou Eletromecânica no SENAI. Se tornou eletricista especializado em comandos elétricos e instalações elétricas prediais no ano de 2015. Também é Técnico em Eletrônica pelo CEFET-MG. Trabalha como eletricista autônomo há mais de 4 anos e tem vasta experiência como editor de conteúdo para artigos técnicos na empresa Mundo da Elétrica.

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