Tempo Resposta Sensores Temperatura Termopares Poço Proteção
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TEMPO DE RESPOSTA DE SENSORES DE TEMPERATURA
Muitas vezes não é aconselhável expor um termopar ao meio em que se deseja medir a temperatura.
A corrosão e oxidação são aceleradas em altas temperaturas e pressões, sendo necessário proteger o elemento primário com um poço ou tubo adequado, provocando atrasos na resposta.
Como mostram as ilustrações, as curva de resposta de um termopar com proteção e sem proteção, porém a mesma é apenas orientativa uma vez que existe uma outra variável em questão que seria a parede do poço.
O espaço de ar entre o termopar e o poço de proteção causa um atraso adicional na resposta do elemento primário, anulando as vantagens obtidas com a escolha de um material de baixa massa térmica e alta condutividade térmica. Para diminuir o tempo de resposta é necessário restringir a folga entre elemento primário e a parede do poço. O aterramento da junta do termopar no poço permite bom contato térmico, aumentando a velocidade de resposta.
Profundidade insuficiente de imersão de um termopar ou do poço de proteção, causa erro na medição e atraso adicional de resposta.
Inércia dos termopares
Os fatores que influenciam o tempo de resposta de um termopar são:
a) A capacidade térmica
b) A condutividade térmica
c) A relação superfície/massa do termopar
d) O coeficiente de transmissão de calor entre o fluido e a superfície do elemento
e) A velocidade do fluido
f) A capacidade térmica do fluido ao redor do elemento
g) A condutividade térmica do fluido ao redor do termopar.
O material do elemento do tipo protetor determina a relação de transferência para o interior do elemento. Um elemento tendo massa grande, elevada capacidade térmica, com baixa condutividade térmica, requer um tempo maior para atingir 99% da temperatura final do que um com massa pequena e baixa capacidade térmica. Por outro lado, uma área superficial maior por unidade de massa, aumenta a transferência de calor. O movimento do fluido ao redor do elemento é, também, um fator importante na velocidade de resposta.
A velocidade de resposta de um termopar foi aumentada desenvolvendo-se o termopar soldado de topo. Este tipo dá uma resposta mais rápida do que o tipo torcido, em virtude da massa da junta quente ser consideravelmente reduzida. As velocidades de resposta relativas dos termopares com junta de topo e junta torcida são mostradas como segue:
Resposta de termopares em líquido agitado.
Efeito da velocidade do fluido num poço termométrico.
O tipo de fluido que passa pelo elemento primário e sua velocidade governam a quantidade de calor que é transferida, continuamente, ao elemento de medição. Baixa velocidade de fluido faz com que aumente a resistência à transferência de calor.
O efeito da velocidade da água fluindo por um poço termométrico é considerável. O coeficiente de atraso, mostrado na figura 49, rapidamente diminui de 0,1 min, com velocidade de 0,6 m/min, para 0,05 min com velocidade de 6 m/min. A fim de manter o coeficiente de atraso em um mínimo razoável, o líquido deve fluir ao redor do poço termométrico com uma velocidade mínima de 18 m/min.
A capacidade e condutividade térmica do ar são baixas, portanto, um elemento apresenta maior coeficiente de atraso no ar do que em um líquido em movimento.
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