S & C Instrumentación de proceso y analítica. Capitulo II

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1 S & C Instrumentación de proceso y analítica Capitulo II Gabriel Asaa Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria

2 Cómo Viaja el Calor? 1-Conducción (en sólidos) 2-Convección:(En líquidos y gases) Imagen térmica infrarroja mostrando como hierve el aceite en una sartén Imagen térmica de la galaxia 3-adiación: conocida también como radiación infrarroja, es un tipo de radiación electromagnética (o luz).

3 Unidades En el sistema métrico el calor se mide en unidades llamadas julios, En el sistema británico se mide en Unidades Térmicas Británicas (BTU). El calor también se puede medir en calorías.. Un BTU es la cantidad de calor necesaria para subir la temperatura de una libra de agua un grado Fahrenheit. 1 BTU = 1,000 Julios Una caloría es la cantidad de calor necesaria para subir la temperatura de un gramo de agua un grado Celsisus. 1 caloría (cal) = Julios

4 Aplicaciones Dispositivo Termómetro de liquido en vidrio a. Alcohol b. Mercurio c. Mercurio lleno con gas Termómetro de expansión de fluido a. Liquido o gas b. Presión de vapor Cinta bimetálica Termómetro de resistencia eléctrica Termistor Termopar Cobre - Constantán Termopar Hierro - Constantán Termopar Cromel -Alumel Termopar Platino - Platino con 10% de sodio Pirómetro óptico Escalas de temperatura aplicables F -90 a a a a a a a a a a a a más C -70 a a a a a a a a a a a a más Exactitud aproximada F ±1 ±0.5 ±0.5 ±2 ±2 ±0.5 ±0.005 ±0.02 ±0.5 ±0.5 ±0.5 ±0.5 ±20 C ± 0. 5 ± ± ± 1 ± 1 ± ± ± ± ± ± ± ± 1 0 Mala Mala Mala Mala Mala Mala De regular a bueno Muy bueno Buena Buena Buena Buena Mala espuesta transitorios Notas Usados como termómetros baratos para temperaturas bajas. Exactitud de ± 0.1 F (0.05 C que puede obtenerse con termómetros calibrados especialmente. Exactitud de ± 0.1 F (0.05 C que puede obtenerse con termómetros calibrados especialmente. Ampliamente usados en las mediciones industriales de temperatura. Ampliamente usados como dispositivos simples de medición de temperatura El mas exacto de todos los métodos Util para los circuitos compensadores de temperatura; las cuentas termistores pueden obtenerse en tamaños muy pequeños. Superior en atmósferas reductoras esistente a la oxidación a temperaturas altas Salida baja; el mas resistente a la oxidación a temperaturas altas Ampliamente usado en medición de temperaturas en hornos industriales.

5 TD Son sensores de temperatura resistivos. Ante un aumento de temperatura hay un aumento de la resistencia eléctrica. Pt100 Un tipo de TD son las Pt100. Estos sensores deben su nombre al hecho de estar fabricados de platino (Pt) y presentar una resistencia de 100ohms a 0ºC. Son dispositivos muy lineales en un gran rango de temperaturas.. Pt1000, con una resistencia de 1000ohms a 0ºC

6 TD Temperatura

7 TD Temperatura

8

9 TD: 2 hilos Temperatura

10 TD: 2 hilos Conexión a 2 hilos L1 Transmisor U L1 U T U M V T U L2 A I M L2 T = U M ( U L1+ U L 2) * ( ) I M = T L1 + L2 F = * T T = L1 + L2

11 TD: 3 hilos Temperatura

12 TD: 3 hilos Conexión a 3 hilos L1 Transmisor U L1 U L3 U T U M V T A U L2 I M L2 T = U M U I M L 2 + L1 = * T L 2 + L1 F = * T T = L1 L 2 0 Ω

13 TD: 4 hilos Temperatura

14 TD: 4 hilos Conexión a 4 Hilos L1 Transmisor U L1 U L3 U T U M V T U L3 A U L2 I M L2 T = U I M M = U I T M F = 0 Ω

15 Termopares o Termocupla (Efecto Peltier/Thomson) Efecto Thomson

16 Tipos de Termopares Tipo K (Cromo (Ni-Cr) / Aluminio (aleación de Ni-Al)): con una amplia variedad de aplicaciones, está disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas. Tienen un rango de temperatura de -200 ºC a ºC y una sensibilidad 41µV/ C aprox. Tipo E (Cromo / Constantán (aleación de Cu-Ni)): No son magnéticos y gracias a su sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito criogénico. Tienen una sensibilidad de 68 µv/ C. Tipo J (Hierro / Constantán): debido a su limitado rango, el tipo J es menos popular que el K. Son ideales para usar en viejos equipos que no aceptan el uso de termopares más modernos. El tipo J no puede usarse a temperaturas superiores a 760 ºC ya que una abrupta transformación magnética causa una descalibración permanente. Tienen un rango de -40ºC a +750ºC. Tipo N (Nicrosil (Ni-Cr-Si / Nisil (Ni-Si)): es adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidación de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, y S que son más caros. Por otro lado, los termopares tipo B, y S son los más estables, pero debido a su baja sensibilidad (10 µv/ C aprox.) generalmente son usados para medir altas temperaturas (superiores a 300 ºC). Tipo B (Platino (Pt)-odio (h)): son adecuados para la medición de altas temperaturas superiores a ºC. El tipo B por lo general presentan el mismo resultado a 0 ºC y 42 ºC debido a su curva de temperatura/voltaje. Tipo (Platino (Pt)-odio (h)): adecuados para la medición de temperaturas de hasta ºC. Su baja sensibilidad (10 µv/ C) y su elevado quitan su atractivo. Tipo S (Hierro / Constantán): ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los ºC, pero su baja sensibilidad (10 µv/ C) y su elevado precio lo convierten en un instrumento no adecuado para el uso general. Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibración universal del punto de fusión del oro (1064,43 C). Tipo T: es un termopar adecuado para mediciones en el rango de -200 ºC a 0 ºC. El conductor positivo está hecho de cobre y el negativo, de constantán. Los termopares con una baja sensibilidad, como en el caso de los tipos B, y S, tienen además una resolución menor. La selección de termopares es importante para asegurarse que cubren el rango de temperaturas a determinar.

17 Tipos de Termopares Temperatura

18 Curvas características de Termopares

19 Termistor NTC (Negative Temperature Coefficient) NTC Son resistencias de coeficiente de temperatura negativo, constituidas por un cuerpo semiconductor cuyo coeficiente de temperatura es elevado, es decir, su conductividad crece muy rápidamente con la temperatura. Se emplean en su fabricación óxidos semiconductores de níquel, zinc, cobalto, étc. La relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal sino exponencial (no cumple la ley de Ohm). Dicha relación cumple con la fórmula siguiente: = A. e B/T PTC: (Positive Temperature Coefficient) es una resistencia variable cuyo valor se ve aumentado a medida que aumenta la temperatura.

20 Ej. De Implementación Medida de la velocidad

21 Sistema de medición De temperatura T Variable no Eléctrica Convertidor a Variable eléctrica Ejm. Temperatura en voltaje U/ Amplificador Ajuste de linealidad Conversión de señal Diagnostico Salida Analógica/Digital Sensor Transmisor

22 Instrumento de 2 Hilos Variable de Entrada Ej. Presión Transmisor + Variable de salida : 4-20 ma - + Fuente Auxiliary Power (U H ) Load L

23 Instrumento de 4 Hilos Variable de entrada Ej.. Presión Transmisor + U M - Variable de salida: 0/4-20 ma Fuente Carga L Carga Máxima L 650 W

24 Señal de salida g Analógica g HAT Señal de salida Señal de salida 20 ma Output current 20 ma 2200 Hz "0" 1200 Hz "1" 4 ma 4 ma Tiempo Tiempo

25

26 Conversor Temperatura

27

28 Preguntas: Carlos Alvarez

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