IntroduoEsta pesquisa tem por fundamento, expor de maneira clara os aspectos referentes aos diversos tipos de ligas metlicas que compem os termopares, sua classificao e utilizao, de acordo com suas caractersticas construtivas.TERMOPARDefinioTermopares so sensores de medio de temperatura constitudos por dois condutores metlicos e distintos, puros ou homogneos. Em uma de suas extremidades so unidos e soldados, qual convencionou-se o nome de junta de medio ( ou junta quente ). E a outra extremidade aberta onde se fazem as devidas interligaes de junta de referncia. Logo, quando submetemos suas extremidades a temperaturas diferentes, a composio qumica dos metais gera uma fora eletromotriz da ordem de mV, que o princpio mais conhecido por SEEBEK.ClassificaoOs termopares so classificados quanto ao tipo de liga metlica o qual constitudo.So eles:- Termopares Bsicos- Termopares NobresTermopares BsicosSo assim chamados por serem de maior uso industrial, em que os fios so de custo relativamente baixo e sua aplicao admite um limite de erro maior.Tipos:Termopar Tipo T CuCo - (Copper-Constantan) Liga: + Cobre - (99,9%)-Constantan (So as ligas de Cu-Ni compreendidos no intervalo entre Cu50 e Cu65 Ni35). A composio mais utilizada para este tipo de temopar de Cu58 Ni42.Possui excelente resistncia corroso, sendo utilizado em temperaturas negativas(- 184 a 370C). A FEM produzida varia de : -5,333 a 19,027 mV.Sua potncia termoeltrica mdia de : 5,14 mV / 100C (para temperaturas positivas),pode ser utilizado em atmosferas a vcuo, inertes, oxidantes ou redutoras,apresenta uma boa preciso na faixa de utilizao, devido grande homogeneidade do cobre,em temperaturas acima de 310C o cobre comea a se oxidar e prximo de 400C, oxida-se rapidamente,com certas precaues e devidamente calibrado, pode ser utilizado at - 2620C.Aplicaes:Criometria (baixas temperaturas). Indstrias de Refrigerao, Pesquisas Agronmicas e Ambientais, Qumica e Petroqumica.Termopar Tipo E - NiCr-CoLiga: +Chromel - Ni90Cr10- Constantan - Cu58 Ni42Sua faixa de utilizao de 0 a 8700C.Tem FEM produzida de O a 66,473mV.Potncia Termoeltrica mdia: 7,64mV/1000C, pode ser utilizado em atmosferas a vcuo, inertes e oxidantes, possui a maior potncia termoeltrica dentre os termopares mais utilizados.Em temperaturas abaixo de 0C os fios no sofrem corroso, podendo, assim ser utilizado em temperaturas abaixo de 0C. utilizado em termopilha e em pirmetro de radiao.Possui alta estabilidade na f.e.m. (durabilidade) devido sua resistncia oxidao, vulnervel atmosfera redutora.Aplicaes: Qumica e Petroqumica.Termopar Tipo J - FeCo Liga: + Ferro - (99,5%)- Constantan (Cu58 Ni42, normalmente se produz o ferro e a partir de sua caracterstica casa-se o constantan adequado).Sua FEM produzida de O a 42,922mV.A potncia termoeltrica mdia 5,65mV/1000C,pode ser utilizado em atmosferas a vcuo, inertes, oxidantes ou redutoras, possui baixo custo relativo, sendo assim um dos mais utilizados industrialmente.Tem baixa homogeneidade, devido dificuldade de obteno do ferro com alto teor de pureza, indicado para servios contnuos at 7600C em atmosfera neutra ou redutora.Tem limite mximo de utilizao em atmosfera oxidante de 7600C, devido rpida oxidao do ferro.Pode ser utilizado, ocasionalmente, para temperaturas abaixo de 0C, porm, a possvel ferrugem ou quebra do ferro, sob esta condio, o tornam inadequado.Aplicao: Centrais de Energia, Metalrgica, Qumica, Petroqumica, Indstrias em geral.No se recomenda a utilizao deste termopar em locais que contenham enxofre.Termopar Tipo K -CrAl -Liga : + Chromel (Ni90Cr10)-AIumel ( Ni95,4Mn1,8Si1,6AI1,2)Pode ser utilizado em atmosferas inertes e oxidantes, em altas temperaturas (entre 800 a 1200C) mais resistente mecanicamente, do que os tipos S e R, tendo uma vida til superior ao tipo J, vulnervel em atmosferas redutoras e sulfurosas, com gases como SO2 e H2S, requerendo substancial proteo quando utilizado nestas condies.Sua mais importante aplicao ocorre na faixa de 700 a 1260, pode ser utilizado, ocasionalmente, para temperaturas abaixo de 0C.Aplicaes: Metalrgicas, Siderrgicas, Fundio, Usina de Cimento e CaL, Vidros, Cermica, o mais utilizado na indstria em geral, pois tem uma excelente resistncia oxidao em alta temperatura e corroso em baixas temperaturas.Termopares NobresSo classificados como Termopares Nobres por apresentarem um alto grau de pureza e homogeneidade de suas ligas, tem baixa potncia termoeltrica e uma excelente preciso de leitura. O custo de um termopar nobre relativamente maior que os termopares bsicos. A composio qumica de suas ligas , na maioria das vezes, de platina.Tipos:Termopar Tipo S -PtRhPt Liga: + Platina Rhodio 10%- Platina 90%Foi desenvolvido em 1886 por Le Chatelier. Sua FEM produzida de 0 a 15,336mV, com potncia termoeltrica mdia: 1,04mV/100C.Este o mais conhecido e usado entre os Termopares Nobres. Possui uma preciso altssima em altas temperaturas ,uma ampla faixa de utilizao(0 a 1480C), alta repetibilidade de leitura e baixa potncia termoeltrica. Com todas essas caractersticas este Termopar utilizado em laboratrios de calibrao como um Termopar Padro e na sua faixa de trabalho recomendado para ser utilizado em locais oxidantes sempre com tubos de proteo cermica.Com o uso prximo de seu limite de aplicao, a platina pura apresenta crescimento de gro acentuado, tornando-se quebradia e isto pode tornar a vida til do termopar curta, quando aplicado em processos sujeitos a esforos mecnicos (vibrao).Aplicaes: Siderrgica, Fundio, Metalrgica, Usina de Cimento, Cermica, Vidro e Pesquisa Cientfica. utilizado em "Sensores Descartveis" na faixa de 1200 a 1768, para medio de temperatura de metais lquidos em Siderrgicas e Fundies.Termopar Tipo R -PtRhPt Liga: + Platina 87% Rhodio 13%Possui as mesmas caractersticas de uso e recomendaes do Termopar tipo S, porm sua composio um pouco diferente contendo 87% platina e 13% rdio. um tipo recente, surgido a cerca de 40 anos atrs, devido necessidade de se adaptar a alguns instrumentos que presentavam erros da ordem de 20%.Aplicaes: As mesmas do tipo S.Termopar Tipo B -PtRhPt -Liga: + Platina 70% Rhodio 30%- Platina 94% Rhodio 6%Faixa de utilizao: 870 a 1705C.Tem FEM produzida de 3,708 a 12,485mV, Potncia termoeltrica mdia: 1,05mV/10OC.Pode ser utilizado em atmosferas inertes, oxidantes e por curto perodo de tempo em vcuo, utilizado em medidas constantes de temperatura elevadas (acima de 1400C).Apresenta melhor estabilidade na FEM e resistncia mecnica, do que os tipos S e R a temperaturas elevadas.No necessita de compensao da junta de referncia, se a temperatura desta no exceder a 50C.No necessita de cabo de compensao se a temperatura de seus terminais no exceder a 100C e no pode ser utilizado em temperatura inferior a 100C.Aplicaes: Vidro, Siderrgica, alta temperatura em geral.ConclusoConclui-se que foram desenvolvidas diversas combinaes de pares de Ligas Metlicas, desde os mais corriqueiros de uso industrial, at os mais sofisticados para uso especial ou restrito a laboratrio.Essas combinaes foram feitas de modo a se obter uma alta potncia termoeltrica, aliando-se ainda as melhores caractersticas como homogeneidade dos fios e resistncia corroso, na faixa de utilizao, assim cada tipo de termopar tem uma faixa de temperatura ideal de trabalho, que deve ser respeitada, para que se tenha a maior vida til do mesmo.1- Termopares

Os termopares so os sensores de temperatura mais utilizados. Sua simplicidade e confiabilidade so o maior apelo sua utilizao. A maioria dos princpios bsicos datermometria de termopares j era conhecida por volta de 1900, mas s recentemente tornou-se clara a verdadeira fonte do potencial termoeltrico. O termopar um transdutor que compreende dois pedaosde fios dissimilares, unidos em uma das extremidades.1.1 - Como FuncionaEm 1822, o fsico Thomas Seebeck descobriu (acidentalmente) que a juno de dois metais gera uma tenso elctrica em funoda temperatura. O funcionamento dos termopares baseado neste fenmeno, que conhecido como Efeito de Seebeck. Embora praticamente se possa construir um termopar com qualquer combinao de doismetais, utilizam-se apenas algumas combinaes normalizadas, isto porque possuem tenses de sada previsveis e suportam grandes gamas de temperaturas.Existem tabelas normalizadas que indicam a tensoproduzida por cada tipo de termopar para todos os valores de temperatura que suporta, por exemplo, o termopar tipo K com uma temperatura de 300 C ir produzir 12,2 mV. Contudo, no basta ligar umvoltmetro ao termopar e registar o valor da tenso produzida, uma vez que ao ligarmos o voltmetro estamos a criar uma segunda (e indesejada) juno no termopar. Para se fazerem medies exactas devemoscompensar este efeito, o que feito recorrendo a uma tcnica conhecida por compensao por juno fria.

Thomas Johann Seebeck (nascido a 9 de Abril de 1770 e falecido a 10 de Dezembro de 1831) foi o fsico responsvel pela descoberta em 1821 do efeito termoeltrico. Seebeck nasceu no seio de uma abastada famlia germano-bltica de comerciantes em Reval (atualmente Tallin capital da Estnia). Formou-se em medicina em 1802 na universidade de Gttingen, tendo optado por dedicar-se fsica. Em 1821, descobriu o efeito termoeltrico que refere que, uma juno de metais distintos produz uma tenso eltrica cujo valor depende dos materiais que a compem e da temperatura a que se encontra. Este efeito conhecido como efeito de Seebeck e neste princpio que se baseia o funcionamento do termopar.

O fenmeno da termoeletricidade foi descoberto quando ele notou que em um circuito fechado formado por dois condutores diferentes A e B, ocorre uma circulao de corrente enquanto existir uma diferena de temperatura "T" entre as suas junes. Denominamos a juno mais quente (a temperatura T) de juno de teste, e a outra (a Tr) de juno de referncia. A existncia de uma f.e.m. trmica AB no circuito conhecida como efeito Seebeck. Quando a temperatura da juno de referncia mantida constante, verifica-se que a F.E.M. trmica uma funo da temperatura T da juno de teste. Este fato permite utilizar um par termoeltrico como um termmetro.

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que a densidade dos transportadores de carga (eltrons em um metal) difere de um condutor para outro e depende da temperatura. Quando dois condutores diferentes so conectados para formar duas junes e estas so mantidas a diferentes temperaturas, a difuso dos transportadores de carga nas junes se produz a ritmos diferentes. Tem origem um movimento dos transportadores de carga como se fossem impulsionados por um campo no eletrosttico. A integral curvilnea deste campo ao longo do par termoeltrico a F.E.M. de Seebeck.Para um valor dado de Tr, AB uma funo de T. Se Tr variada para um outro valor constante, a relao AB e T a mesma, exceto por uma constante aditiva. Deduz-se, portanto, que o valor de independente de Tr, e depende somente da natureza de A, B e T. A derivada , para qualquer valor de Tr, se denomina potncia termoeltrica do termopar.

Convencionou-se dizer que o metal "A" positivo em relao "B", se a corrente "I" fluir de "A" para "B" na junta de menor temperatura, isto , "T maior que Tr".Baseado nesse efeito podemos construir um grfico que representa a variao da f.e.m. com a temperatura, considerando Tr =OC.Definimos o "coeficiente de Seebeck" como a variao de diferena de potencial por unidade de variao de temperatura para uma corrente eltrica nula:

Utilizao:

Atualmente o efeito Seebeck muito utilizado para a construo de termmetros em que se mede diferena de temperatura atravs de um voltmetro calibrado para este fim.Outra aplicao deste mesmo efeito a construo de pilhas atmicas (Gerador termoeltrico de radioistopos) para produzir pequenas potncias, mas de longa durao, o que necessrio em situaes especiais como na sonda Cassini-Huygens.

Desvantagem:

A maior desvantagem da utilizao da gerao de energia termeltrica direta , a baixa potncia. Isto obrigaria a construo de milhares de clulas termeltricas para a obteno de alguns watts de potncia.O efeito Seebeck a produo de uma diferena de potencial (tenso eltrica) entre duas junes de condutores (ou semicondutores) de materiais diferentes quando elas esto a diferentes temperaturas (fora eletromotriz trmica).

o reverso do efeito Peltier que a produo de um gradiente de temperatura em duas junes de dois condutores (ou semicondutores) de materiais diferentes quando submetidos a uma diferena de potencial (tenso eltrica) em um circuito fechado (conseqntemente, percorrido por uma corrente eltrica).

Estes dois efeitos podem ser tambm considerados como um s e denominado de efeito Peltier-Seebeck ou efeito termeltrico.