Sensores de Temperatura


A escolha do sensor ideal para realizar as medições de temperatura tende inicialmente a nos levar a crer que temos que trabalhar com sensores de bulbo resistivo de platina, mais conhecidos como PT-100. Esses sensores, identificados como RTD, do inglês Resistance Thermometer Detector, são identificados pelo material de construção do bulbo e sua resistência quando exposto a 0ºC. Portanto PT-100 indica que o sensor é de platina e que sua resistência a 0ºC é de 100 ohms. Estes sensores realmente são os mais precisos, porem também são os mais frágeis, pois qualquer impacto no bulbo poderá afetar sua característica, alterando o valor mensurado.


Como o processo de validação térmica exige muito dos sensores de temperatura, com calibrações pré e pós-medições termométricas de cada equipamento, transporte para os diversos locais onde serão realizadas as medições, somando a inserção e retirada dos sensores de dentro do equipamento a ser desafio, a utilização de PT-100 torna-se inviável devido aos erros de medição gerados por impactos no bulbo.

Uma solução barata e confiável é a utilização de cabo termopares. Os termopares têm uma característica funcional muito interessante, descoberta em 1822, pelo físico Thomas Seebeckeste. Quando dois materiais metálicos diferentes são unidos em uma ponta, ocorre uma variação elétrica na outra extremidade em função da temperatura. A este fenômeno foi dado o nome de "Efeito de Seebeck". Foram padronizados também uma serie de combinações de matérias, com as suas respectivas tabelas, indicados por letras. São eles:

Tipo K (Cromel / Alumel)
Tipo E (Cromel / Constantan)
Tipo J (Ferro / Constantan)
Tipo N (Nicrosil / Nisil)
Tipo B (Platina / Ródio-Platina)
Tipo R (Platina / Ródio-Platina)
Tipo S (Platina / Ródio-Platina)
Tipo T (Cobre / Constantan)

O mais indicado para medições termométricas requeridas em um processo de validação, para uma faixa de temperatura de -270ºC a 400ºC, é o termopar Tipo T, com controle produtivo dos materias que garanta a ele um condição conhecida no mercado por "Termopar Tipo T Premium", a qual permite com um alto grau de confiabilidade, medições com uma casa decimal depois da virgula.

Apesar dele ser um produto de fácil manuseio e barato, para garantir a qualidade e especificação requerida durante as medições termométricas, quatro passos devem ser seguidos a risca:
  1. Tipo do material de isolamento do cabo termopar;
  2. Montagem da junta de medição (onde serão feitas as medidas);
  3. Proteção da junta de medição;
  4. Compensação da junta fria (por onde serão lidas as medidas).
Tipo do material de isolamento do cabo termopar

Quando as medições termométricas forem realizadas em temperaturas de até 150ºC, o material de isolamento será a própria capa do cabo termopar, que deverá ser de Teflon®. Para temperaturas de 150ºC a 400ºC, apesar da capa de Teflon® agüentar estas temperatura, torna-se necessário o revestimento do cabo termopar com Kapton®. Este material é um isolante térmico, que irá proteger principalmente o cobre contra a exposição excessiva de temperatura, a qual causa uma oxidação deste material, interferindo nos valores mensurados. 

Montagem da junta de medição

Uma comum solução é o de se trançar os dois cabos na ponta de medição. Esta solução realmente leva inicialmente ao resultado esperado. Porem na prática esta montagem não consegue garantir que os valores mensurados sejam sempre os mesmos, pois como o trançado não possui nenhum meio físico de união dos materiais, esta acaba se desfazendo durante a utilização do sensor, causando falhas e erros durante as medições termométricas. A melhor solução é a fundição dos dois materiais que compõem o cabo termopar. Este fundição poderá ser alcançada utilizando um equipamento de solda "TIG". Desta maneira a ponta de medição terá uma união definitiva, aumentando a confiabilidade dos valores mensurados. 

Proteção da junta de medição

Nas medições termométricas realizadas em esterilizadoras a vapor, liofilizadores, bombas de vácuo, etc, é extremamente importante a proteção e vedação da ponta de medição. Esta vedação é obtida através da utilização de uma cobertura em Teflon® termoretratíl, que ao ser colocada na ponta de medição e por cima do cabo termopar com capa de Teflon®, esta ao ser exposta a tempeturas acima de 500ºC, contrai, vedando e protegendo a ponta de medição.


Compensação da junta fria

Um dos problemas com a utilização de termopares para medições termométricas é que no local de fixação do cabo termopar no equipamento de aquisição de dados, haverá também uma "medição de temperatura" que será subtraída do valor obtido na ponta de medição, gerando um erro de leitura.


A utilização de um sensor de temperatura, do tipo RTD, ao lado ou próximo do local de fixação do cabo termopar, é a solução para corrigir este problema, pois o valor "lido" no RTD será somado ao valor "lido" pelo termopar, eliminado o erro.

Portanto o tipo de RTD utilizado para compensar o erro de junta fria irá influenciar diretamente no erro total do equipamento de aquisição de dados, e deverá ser considerado com fator crítico de seleção deste.

2 comentários:

  1. Ola Paulo tudo bem com vc , gostaria de pedir uma ajuda, hoje trabalhamos com um sistema chamado field logger da Novus para monitoramento do processo de liofilização onde os operadores seguem o processo de acordo com as temperaturas que o mesmo indica,O field logger trabalha com sensores do tipo PT-100 a tres fios com bulbo de inox , quando vamos qualificar a diferença entre o sistema de qualificação termica Kaye é muito diferente do sistema utilizado no liofilizador (Field Logger), ambos quando colocados no forno de calibração não apresentam erros, pensei em muitas vezez como o fornde de calibração é uma região isotermica poderia ser o bulbo de inox que esta fazendo esse erro dos sensores, estamos pensando em instalar sensores do tipo termistor pois é muito sensivel e muito usado em sistemas de refrigeração.

    O que vc acha ?

    Se puder nos ajudar fico muito agradecido.

    Desde ja lhe agradeço.

    Renato Lopes Almeida
    União Quimica Farmaceutica
    Unidade Pouso Alegre MG
    rlopes@uniaoquimica.com.br
    renatoalopes @uol.com.br
    rlopes_81@hotmail.com

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  2. Olá Renato,
    Existem duas causas para a diferença de leitura que você está obtendo entre os sensores PT-100 do registrador da Novus e os termopares do Validator 2000. 1) O tempo de resposta do termopar com junta de medição recoberta por teflon é muito mais rápido que o PT-100; 2) O Validator 2000 trabalha com 8 ou 12 entradas por segundo, que é muito mais rápido que o registrador Novus. Por isso que no banho você consegue leituras "zeradas" e durante o ciclo isto não acontence, pois não há como ter a estabilidade do forno. A substiuição por termistores poderá ajudar, porem um PT-100 com parede mais fina e uma registrador mais rápido, você conseguirá obter melhores resultados.

    Abraços,

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