Oxidação termopar tipo K (Cr-Al)

A oxidação afeta a vida útil e a precisão dos termopares Tipo K (Cromo-Alumel) de várias maneiras, dependendo da temperatura e da atmosfera. Embora sejam os termopares de metais básicos mais resistentes à oxidação, eles sofrem degradação física e desvios de calibração sob condições severas.

Aqui está uma análise detalhada de como a oxidação afeta esses sensores:

1. Resistência Geral e Limites de Temperatura Os termopares Tipo K são projetados para uso em atmosferas oxidantes ou neutras, sendo utilizáveis geralmente até 1.260 °C (2.300 °F). Acima de 871 °C (1.600 °F), ambos os elementos (positivo e negativo) oxidam ao ar, mas ainda mantêm melhor resistência do que outros termopares de metais básicos.
2. Desvio de Calibração (Drift) A exposição prolongada a altas temperaturas em ar causa alterações na força eletromotriz (FEM) do termopar:

• Aumento da FEM: Testes de estabilidade indicam que a exposição prolongada a altas temperaturas faz com que a FEM correspondente a uma determinada temperatura aumente.
• Magnitude do Erro: A tabela de mudanças de calibração mostra que, após 1.000 horas a 871 °C (1.600 °F), o desvio pode ser de cerca de +5 a +8 °F. No entanto, em temperaturas mais altas, a degradação é acelerada: após apenas 200 horas a 1.204 °C (2.200 °F), observou-se uma mudança de +21 °F,.

3. Degradação Física do Fio A oxidação reduz a área da seção transversal dos fios, o que eventualmente leva à falha mecânica:

• Em testes realizados a 1.204 °C (2.200 °F), a oxidação foi tão severa que um termopar de bitola 8 (aprox. 3,2 mm) oxidou quase completamente e falhou após 300 horas.
• Em temperaturas de 871 °C (1.600 °F) e inferiores, a oxidação não foi suficiente para diminuir materialmente o diâmetro dos fios durante o período de teste de 1.000 horas.

4. O Fenômeno do “Green Rot” (Oxidação Preferencial) Uma forma específica e destrutiva de oxidação, conhecida como “green rot” (podridão verde), afeta principalmente o elemento positivo (Cromo-Níquel):

• Causa: Ocorre em atmosferas “marginalmente redutoras ou oxidantes” (por exemplo, contendo hidrogênio ou monóxido de carbono). Nessas condições, o cromo oxida preferencialmente enquanto o níquel não,.
• Efeito: A perda de cromo altera a composição da liga, o que reduz drasticamente a FEM gerada pelo fio e, consequentemente, causa erros de leitura no termopar, indicando temperaturas mais baixas do que as reais.
• Prevenção: Deve-se evitar o uso de termopares Tipo K em atmosferas fortemente redutoras.

5. Diferenças entre os Elementos (Pernas)

• Elemento Positivo (Chromel): É mais suscetível ao “green rot”.
• Elemento Negativo (Alumel): Sua resistência à oxidação depende do teor de silício. Fios com baixo teor de silício oxidam mais rapidamente, enquanto o aumento de silício melhora a resistência à oxidação para níveis comparáveis aos do fio positivo. O elemento negativo também é sujeito a fragilização por enxofre.

6. Alteração da Emissividade A oxidação altera as propriedades da superfície do fio. O Chromel não oxidado tem uma emissividade de cerca de 0,35, mas quando oxidado, esse valor sobe para cerca de 0,87. Isso pode afetar a precisão se o termopar estiver sendo usado em situações onde a radiação térmica é um fator crítico e não corrigido.