Diversos metais e ligas metálicas podem ser utilizados na fabricação de termopares, já que o efeito termoelétrico ocorre sempre que dois materiais diferentes são colocados em contato, formando uma junção térmica. No entanto, nem toda combinação metálica é adequada para uso industrial. Da platina a ligas de níquel e metais nobres, a escolha correta faz toda a diferença, e entender por que certos materiais funcionam melhor que outros é o ponto de partida para o melhor resultado na indústria.
De quais materiais são feitos os termopares?
Os termopares podem ser fabricados a partir de ligas metálicas comuns ou de materiais nobres, conforme a exigência de cada aplicação industrial. Cada combinação de metais dá origem a um tipo específico de termopar, com características próprias de comportamento elétrico, resistência mecânica e estabilidade térmica. Entre os materiais mais utilizados na fabricação desses sensores estão o níquel, o cromo, o alumínio, o silício, o magnésio, o cobre, o ferro, o tungstênio, o rênio, a platina e o ródio.
Na indústria, os termopares mais difundidos são aqueles formados por ligas à base de níquel, como os tipos K, J, T, E e N, que oferecem um bom equilíbrio entre custo, durabilidade e resposta térmica eficiente. Já processos que exigem maior precisão ou operam em temperaturas extremamente elevadas demandam o uso de materiais nobres, com destaque para a platina e o ródio, conhecidos por sua elevada estabilidade e confiabilidade.
Entre os principais fatores considerados estão a sensibilidade termoelétrica ao longo da faixa de operação, a estabilidade em altas temperaturas, o comportamento químico em diferentes atmosferas, o custo e a compatibilidade com a instrumentação disponível. Na prática, isso faz com que a maioria dos termopares industriais seja construída a partir de ligas metálicas, e não de metais puros, já que a combinação de dois ou mais elementos permite ajustar a resposta elétrica e a resistência térmica do sensor.
A platina é um exemplo clássico desse princípio. Quando combinada com outros metais, como ródio, níquel ou tungstênio, ela pode gerar coeficientes de Seebeck positivos ou negativos, variando a sensibilidade elétrica em microvolts por grau Celsius (µV/°C). Essas variações são amplamente documentadas em normas técnicas e tabelas de referência, que padronizam o comportamento de cada tipo de termopar.
Efeito Seebeck
Os termopares se baseiam no efeito Seebeck. Em um circuito aberto formado por dois fios metálicos distintos, unidos em uma extremidade, surge uma força eletromotriz (fem) quando existe um gradiente de temperatura entre a junção de medição e as extremidades livres dos fios.
Essa tensão elétrica gerada depende exclusivamente da diferença de temperatura entre os dois pontos, e não da temperatura absoluta. Por isso, historicamente, utilizava-se uma junção de referência física, como um banho de gelo a 0 °C. Com o avanço da eletrônica, essa referência passou a ser compensada eletronicamente, tornando o sistema mais simples e robusto.
Os pares de materiais utilizados, suas relações entre temperatura e tensão e suas tolerâncias são padronizados internacionalmente, conforme normas como ASTM E230 e IEC 60584. Embora semelhantes, essas normas não são idênticas, o que reforça a importância de utilizar materiais certificados e compatíveis com o sistema de medição.
Tipos de junção do termopar
Além da escolha dos materiais, a forma como os fios são unidos na extremidade sensora também influencia diretamente o desempenho do termopar. Existem três tipos principais de junção: aterrada, não aterrada e exposta.
Na junção aterrada, os fios do termopar estão soldados diretamente à bainha metálica. Essa configuração proporciona tempo de resposta mais rápido, já que o calor é transferido diretamente para a junção. Em contrapartida, qualquer ruído elétrico presente na bainha pode ser transmitido ao sinal, o que pode afetar a leitura em ambientes industriais com interferência eletromagnética.
Na junção não aterrada, os fios são isolados da bainha. O tempo de resposta é ligeiramente maior, mas o isolamento elétrico protege o sinal contra ruídos externos, tornando essa construção mais adequada para processos sensíveis.
Já na junção exposta, os fios se projetam para fora da bainha e ficam diretamente em contato com o meio. Essa configuração oferece a resposta térmica mais rápida, porém expõe o sensor à oxidação, corrosão, contaminação química e interferências elétricas, limitando seu uso a aplicações específicas e controladas.
Tipos de termopares e materiais
A Alutal trabalha com os principais tipos de termopares padronizados internacionalmente, garantindo compatibilidade, rastreabilidade e desempenho industrial. A tabela abaixo reúne os tipos, composições, faixas de temperatura e características, conforme parâmetros utilizados pela empresa.
| Tipo | Composição | Faixa de Temperatura | Características |
|---|---|---|---|
| K | Níquel-Cromo / Níquel-Alumínio | -200 °C a 1.260 °C | Versátil, resistente à oxidação, mais utilizado na indústria |
| J | Ferro / Cobre-Níquel | -40 °C a 750 °C | Econômico, comum em sistemas antigos, instável em ambientes úmidos |
| T | Cobre / Cobre-Níquel | -200 °C a 350 °C | Alta precisão em baixas temperaturas, bom desempenho em ambientes úmidos |
| E | Níquel-Cromo / Cobre-Níquel | -200 °C a 900 °C | Alta sensibilidade, indicado para variações rápidas de temperatura |
| N | Níquel-Cromo-Silício / Níquel-Silício-Magnésio | -200 °C a 1.300 °C | Maior estabilidade e resistência à oxidação, evolução do tipo K |
| S | Platina-Ródio / Platina | -50 °C a 1.480 °C | Alta precisão, usado em calibração e processos controlados |
| R | Platina-Ródio / Platina | -50 °C a 1.760 °C | Estável em altas temperaturas, aplicado em metais preciosos |
| B | Platina-Ródio / Platina-Ródio | 0 °C a 1.820 °C | Extremamente resistente, ideal para fornos de altíssima temperatura |
Quais são os materiais nobres do Termopar?
Entre os principais materiais nobres utilizados estão a platina e o ródio, metais que se destacam pela elevada estabilidade química, excelente resistência à oxidação e comportamento previsível mesmo sob condições severas de operação.
A platina é considerada um material nobre por sua pureza, durabilidade e capacidade de manter leituras estáveis ao longo do tempo. Em termopares, ela é amplamente empregada em aplicações que exigem medições precisas e confiáveis, como processos de calibração, indústrias de vidro, cerâmica e metalurgia fina. Já o ródio, utilizado em ligas com a platina, aumenta a resistência mecânica e térmica do sensor, permitindo medições em temperaturas ainda mais elevadas sem perda significativa de precisão.
Os sensores de temperatura dos tipos S, R e B são exemplos clássicos do uso de materiais nobres. Eles são indicados para ambientes industriais rigorosos, fornos de alta temperatura e processos contínuos nos quais a estabilidade da medição é mais importante do que o custo do sensor. Embora apresentem um investimento inicial mais alto em comparação aos termopares de ligas comuns, os materiais nobres oferecem maior vida útil, menor deriva de leitura e maior confiabilidade ao longo do tempo, o que compensa o custo em aplicações críticas.
Termopar da Alutal completo e com qualidade industrial
Um diferencial importante da Alutal é a entrega do conjunto completo, incluindo termopar e cabo compatível, garantindo integridade do sinal e confiabilidade da medição.
O cabo de extensão ou compensação é um elemento crítico do sistema. Quando incompatível ou de baixa qualidade, pode introduzir erros significativos na leitura de temperatura, mesmo que o sensor esteja correto.
A Alutal fornece:
- Cabos compatíveis com cada tipo de termopar
- Materiais certificados conforme normas IEC e ANSI
- Isolamentos adequados para altas temperaturas
- Soluções para ambientes agressivos
- Montagens personalizadas conforme o processo
Esse cuidado garante que o sinal gerado no ponto de medição chegue ao instrumento sem perdas, interferências ou distorções.
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