BALANZAS. TEMPERATURA. PRESION. HUMEDAD.

Transcripción

1 BALANZAS. TEMPERATURA. PRESION. HUMEDAD. LTDA. Termopar El termopar es uno de los métodos más simples para medir temperatura. En 1821 Seebeck señaló que si se unían dos metales distintos por sus extremos y si se someten a temperaturas diferentes, entre las uniones aparecen fuerzas electromotrices generadas que están en función de la diferencia de temperaturas en la unión y del tipo de metal utilizado para fabricar la unión. La ecuación que se cumple es: 2 FEM (mv) = a bt ct En su forma más simple, un termopar consiste de dos alambres, cada uno hecho de un metal homogéneo diferente o aleación. Los alambres son unidos en un extremo para formar una junta de medición. Esta junta de medición es expuesta al medio a ser medido. El otro extremo de los alambres van usualmente a un instrumento de medición, donde forman una junta de referencia. Cuando las dos juntas están a diferentes temperaturas, se producirá una f.e.m. (fuerza electromotriz). Metal A () Junta de medición (junta caliente) FEM = E Junta de referencia (junta fría) Zona de Temperatura T 1 Metal B () T 1? T 2 Zona de Temperatura T 2

2 Efectos en el termopar La fem en la junta caliente es manifestación del Efecto Perlier, este efecto involucra la liberación o absorción de calor en la unión cuando fluye corriente a través de el y de la dirección del flujo depende si el efecto es de calentamiento o enfriamiento. En el efecto Thompson se desarrolla una segunda fem, debido al gradiente de temperatura de un conductor sencillo y homogéneo. Leyes de la Termoelectricidad 1. En un circuito formado por un solo metal, la FEM generada es cero, cualquiera que sean las temperaturas. 2. Si se interrumpe un circuito termoeléctrico en una de sus uniones intercalándose un nuevo metal, la FEM generada por el circuito no cambia a condición de que los extremos del nuevo metal sean mantenidos a la misma temperatura que había en el punto de interrupción y de que la temperatura en la otra unión permanezca invariable. 3. En un circuito formado por dos metales diferentes la FEM generada es diferente de cero, siempre y cuando las temperaturas sean diferentes en la unión caliente con respecto de la unión fría. Compensación por junta fría MEDICIÓN ALAMBRE DE HIERRO ALAMBRE DE CONSTANTANO BAÑO DE HIELO ALAMBRES DE COBRE AL DE MEDICIÓN Para prevenir errores por efectos de la junta fría, se efectúa una compensación, por medio de un baño de hielo o por medio de circuitos c o m p e n s a d o r e s q u e s u m i n i s t r a n u n a f e m constante. T2 REFERENCIA Junta de medición y de referencia (laboratorio) MEDICIÓN TERMOPAR REFERENCIA Junta de medición y de referencia (industrial) 2

3 Materiales de construcción Tipo de Termopar Materiales Rango C Linealidad Atmosfera recomendada Características B Platino 30%, Rodio () Platino 6%, Rodio () 0 a 1860 debajo de 500 Inerte, ligeramente oxidante Alto costo C W5Re Tungsteno 5% Rhenium () W26Re Tungsteno 26% Rhenium 1650 a 2315 Alto costo E Cromo () Constantano () 195 a 900 Alta resolucion mv/ o C J Acero () Constantano () 195 a 760, lineal de 150 a 450 Reductora, no corrosivos El mas economico K Cromo () Alumel () 190 a 1370 El mas lineal Alta resistencia a la corrosion R Platino 13% Rodio () Platino () 18 a 1700 Pequeño, respuesta rapida S Platino 10% Rodio () Platino () 18 a 1760 Rango de temperatura T Cobre () Constantano () 190 a 400 o reductora Temperatura limitada 3

4 Materiales de construcción E F.E.M. MILIVOLTS J K R S T B TEMPERATURA Relación de temperatura vs F. E.M. del termopar POSITIVO GATIVO NE TIPO OMINDAECNIÓN IMBOLSO ATERIMAL MBOLSOI ATERMIAL T COBRECONSTANTANO P OBRCET N COANTSATNO T J FIERROCONSTANTANO P ERRFOJI COANTSATNO JN E CROMELCONSTANTANO ECEPRLOMN ONSCTANTANOE K CROMELALUMEL P ROMCEL N KLUMAEL K S PLATINOPt 10% RH TIPNLOA10S%P RH N TIPNLOSA R PLATINOPt 13% RH IPNLOA1T3R%P RH IPNLORANT B Pt 30% RHPt 6% RH IPNLOA T3B0P% RH IPNLBOANT6% RH Tipos de termopares 4

5 Formas de conexión de termopares TERMOPARES T2 CONEXIONES CABLES DE EXTENSIÓN CAJA DE CONEXIÓNES CABLES DE COBRE T = T2 Medición diferencial de temperatura con dos termopares T2 TERMOPARES CONEXIONES CABLES DE EXTENSIÓN CAJA DE CONEXIÓNES Termopares en paralelo T = (T2)/2 5

6 Formas de conexión de termopares HIERRO CONSTANTANO BLOQUE DE CONEXIONES T2 HIERRO CABLES DE EXTENSIÓN CONSTANTANO REFERENCIA T3 Conexiones correcta del termopar HIERRO CONSTANTANO BLOQUE DE CONEXIONES T2 CONSTANTANO CABLES DE EXTENSIÓN HIERRO REFERENCIA T3 Conexiones incorrecta del termopar 6

7 Cables de extensión de termopares Los cables de extensión deben ser específicos para el tipo de termopar utilizado, aunque para una transmisión a gran distancia puede utilizarse cobre, cuidando la temperatura y composición homogénea del conductor. 7

8 Aspectos a cuidar en los termopares 1. Puntos de fusión. 2. Reacciones en varias atmósferas. 3. Salida termoeléctrica combinada. 4. Conductancia eléctrica. 5. Estabilidad. 6. Repetibilidad. 7. Costo. 8. Facilidad de manejo y fabricación. Ventajas y desventajas en los termopares Ventajas: Determinación de la temperatura se realiza prácticamente en un punto La capacidad calorífica de un termopar puede ser muy pequeña, con lo que la respuesta a las variaciones de temperatura sería muy rápida. La salida del sensor es una señal eléctrica producida por el mismo termopar y por tanto no es necesario alimentarlo con ninguna corriente exterior Desventajas: Es necesario mantener la unión de referencia a una temperatura constante y conocida pues la incertidumbre en la temperatura de referencia produce una del mismo orden en la medida. 8

9 Características de los termopares Relativamente baratos VENTAJAS Amplia variedad de diseños comerciales disponibles LIMITACIONES Relación de voltaje temperatura no lni eal Sujetos a envejecimiento y contaminación de la junta caliente La salida eléctrica es apropiada para accionar dispositivos de indicación y control Se deben evitar altos gradientes de temperatura Largas distancias de transmisión son posibles Tamaño pequeño y construcción robusta Su lectura no es tan directa y se requiere procesamiento en su indicación Se deben escoger los materiales adecuados para resistir atmósferas oxidantes y reductoras exactitud y velocidad de respuesta Baja exactitud cuando se compara con los RTD s Fácil calibración y reproducibilidad Los voltajes en los conductores pueden afectar la calibración Amplio rango desde 0 absolutos hasta 2500 oc Susceptibles a ia inducción de ruidos No tiene partes móviles En sistemas de control digital requieren tarjetas especiales de entrada 9