EFECTO SEEBECK. E=S ab T 2 T 1

Transcripción

1 TERMOPAR

2 TERMOPAR Un termopar se compone de dos hilos de diferentes metales unidos en sus extremos formando un circuito. Un extremo es la junta caliente o de medición y el otro la de referencia o junta fría.

3 EFECTO SEEBECK E=S ab T 1 T 2 S=dE/ dt En 1821 Seebeck observo que cuando se somete al termopar a un gradiente de temperatura, se desarrolla una fuerza electromotriz (fem) entre los extremos y la unión que es proporcional a la diferencia de temperatura. Dicha fem es conocida como tensión Seebeck(E). El coeficiente Seebeck (S) es la derivada de dicha tensión con respecto a la temperatura(t).

4 TIPOS DE TERMOPARES FUENTE:[2] Codigo Aleación Codigo de Colores Rango de Rango en mv ANSI Positivo (+) Negativo (-) Termocupla C. Compensado Temp. Usado Generado Hierro (Fe) Constantan J Cobre-Niquel 0 ºC a 750 ºC -8,095 a 69,553 Cu-Ni Cromel Ni-Cr Niquel K Niquel- Aluminio -200 ºC a 1200 ºC -6,458 a 54,886 Cromo Ni-Al T Constatan Cobre (Cu) Cobre-Niquel [] -200 ºC a 350 ºC -6,528 a 20,872 Cu-Ni Cromel Constatan E Niquel- Cobre-Niquel -200 ºC a 900 ºC -9,835 a 76,373 Cromo Ni-Cr Cu-Ni Platino 13% R Rhodio Platino (Pt) No Establecido 0 ºC a 1450 ºC -0,226 a 21,101 Pt-Rh Platino 10% S Rhodio Platino (Pt) No Establecido 0 ºC a 1450 ºC -0,236 a 18,693 Pt-Rh

5 CODIGO DE COLORES FUENTE:[2]

6 CURVAS DE CALIBRACION FUENTE:[4] La pendiente de la curva de calibración es el coeficiente de Seebeck

7 Coeficiente de Seebeeck

8 Serie Termoeléctrica Los materiales y aleaciones utilizados en la fabricación de termopares se escogen sobre la base de su ubicación en la llamada serie termoeléctrica. a continuación se muestra una parte de dicha serie. En ella todo elemento es positivo termoelectricamente respecto a los inferiores. CROMEL HIERRO COBRE ALUMEL CONSTANTAN

9 Tabla de Calibración Para transformar el voltaje generado por el termopar en temperatura, se utilizan tablas como la mostrada a continuación.

10 Polinomio de Conversión Para transformar el voltaje generado por el termopar en temperatura, se utiliza el polinomio propuesto por la norma ITS-90 y IEC-751.

11 Leyes de Termoelectricidad Efecto Seebeck: establece que la fem solo depende de la temperatura de los empalmes y no de las temperaturas de los alambres que los conectan. E=S ab T 1 T 2

12 Leyes de Termoelectricidad Ley de los circuitos homogéneos: en un circuito de un único metal homogéneo, no se puede mantener una corriente termoeléctrica mediante la aplicación exclusiva de calor aunque se varíe la sección transversal del conductor.

13 Leyes de Termoelectricidad Ley de los circuitos homogéneos: no se genera fem si la temperatura es constante.

14 Leyes de Termoelectricidad Ley de metales intermedios: establece que si se introduce un 3er metal en A o en B, siempre que los nuevos empalmes estén a la misma temperatura la fem no cambia. C T A 1 A A T 2 T 1 T T 3 T 2 3 B B Ley de metales intermedios: si dos nuevos empalmes AC y CB están a la misma temperatura entonces la fem no cambia. T 1 A B A T 2 T 1 B C T 2

15 Leyes de Termoelectricidad Ley de las temperaturas sucesivas o intermedias: Dos metales homogéneos diferentes producen una tensión V12, cuando sus uniones están a T1 y T2, y hay una tensión V23 cuando están a temperaturas T2 y T3, Entonces, la tensión que aparecerá cuando las uniones se encuentren a T1 y T3 será la suma de las caídas de tensión V12 + V23 e igual a V13.

16 Cuarta Ley: Leyes de Termoelectricidad

17 Compensación de la unión fría El principal inconveniente de las termopar es su necesidad de "compensación de la unión fría". Esto se debe a que en algún punto, habrá que empalmar los cables del termopar con un conductor normal de cobre. En ese punto se producirán dos nuevos termopares con el cobre como metal para ambas, generando cada una un voltaje proporcional a la temperatura ambiente (Ta) en el punto del empalme. Por ejemplo tipo T

18 Compensación de la unión fría

19 Cables de extensión Cables compensados: Cuando el instrumento está muy retirado del lugar de medición, no siempre es posible llegar con el mismo cable de la termocupla al instrumento. Esto ocurre especialmente cuando se están usando termocuplas R, S ó B hechas con aleación de platino. La solución es utilizar los llamados cables compensados para hacer la extensión del cable. Estos exhiben el mismo coeficiente de Seebeck de la termocupla y por lo tanto no generan termocuplas parásitas en el empalme.

20 Bibliografía [1] Curso de termodinámica. [Página Web en línea]. Disponible en: [consulta: 15 de enero de 2003]. [2] Notas técnicas sobre termocuplas. [Pagina Web en línea]. Disponible en: [Consulta: 04 de octubre del 2002]. [3] INGARD; año de publicación Fabrica nacional de termocuplas y equipos de medición y control. Capítulo 2. [Consulta: 15 de Julio del 2003]. [4] Normas y estandares para termocuplas y termo resistencias. [Pagina Web en línea]. Disponible en: [Consulta: 15 de Agosto del 2003]. Pagina Web en línea [5] Analog Devices (2003). [Pagina Web en línea]. y disponible en: [Consulta: 10 de septiembre del 2003]. [6] Analog Devices (2003). [Publicación electrónica en formato PDF]. Disponible en: [Consulta: 04 de octubre del 2003]. [7] Cally W. James, Instrumentation for engineering measurements, segunda edición, año [8] Normas y estandares. [Pagina Web en línea]. Disponible en: [Consulta: 30 de Agosto del 2003]. [9] Curvas de calibración. [Pagina Web en línea]. Disponible en: [Consulta: 19 de septiembre del 2003].