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TERMOPARES

INTRODUCCI

Mercy
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TERMOPARES

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Presentation Transcript


    1. TERMOPARES

    2. INTRODUCCIN Ampliamente usados como sensores de temperatura. Son econmicos. Intercambiables. Tienen conectores estndar Capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Limitacin en la exactitud (errores del sistema inferiores a un grado centgrado son difciles de obtener). El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila. Tanto los termopares como las termopilas son muy usadas en aplicaciones de calefaccin a gas.

    3. FUNCIONAMIENTO Efecto Seebeck: Un termopar es un circuito formado por dos metales distintos que produce un voltaje que es funcin de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" y el otro denominado "punto fro".

    4. FUNCIONAMIENTO Uniones de termopares con soldadura de estao gracias a la ley de los metales intermedios. No es posible conectar un voltmetro al termopar para medir este voltaje: La conexin a las guas del voltmetro har una segunda unin no deseada. Compensacin de unin fra (CUF).

    5. FUNCIONAMIENTO La temperatura de la unin fra: Generalmente detectada por un termistor de precisin; comparacin; temperatura verdadera en el extremo del termopar. Ocasionalmente en la CUF se usa un sensor de temperatura semiconductor. Cualquier error en la medicin de la temperatura de la unin fra terminar en el error de la temperatura medida en el extremo del termopar.

    6. LINEALIZACIN Energa generada por un termopar es una funcin no lineal de la temperatura. Aproximar por un polinomio complejo (de 5 a 9 orden dependiendo del tipo de termopar). Los mtodos analgicos son usados en medidores de bajo costo.

    7. TIPOS DE TERMOPARES

    8. TIPOS DE TERMOPARES

    9. TIPO K Bajo costo y en una variedad de sondas. Calibracin sin recubrimiento hasta 1100C. Con recubrimiento hasta 1260C. Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10% Termoelemento negativo: Ni95%, Mn2%, Si1%, Al 2% F.E.M. producida: -6,458 mV/C a 48,838 mV/C Pueden tener falta de homogeneidad de tipo mecnico. Existen cambios qumicos asociados que se presentan durante su empleo (descalibracin).

    10. TIPO K Descomposicin Verde: oxidacin preferentemente del cromo sobre el Nquel en el exterior del elemento positivo, el cual se convierte entonces en negativo. Esto reduce la sensibilidad. El ataque del azufre sobre el elemento negativo lo convierte en quebradizo. Tanto el efecto de fragilidad del azufre, como la descomposicin verde se pueden reducir con el empleo de tubos limpios protectores libre de grasa. En los termopares compactados, debido al cemento de oxido mineral, los alambres funcionan en una atmsfera neutra incluso aunque la vaina del par compactado se exponga al hidrgeno o a otro tipo de atmsfera reductora.

    11. TIPO K Se recomienda en atmsferas oxidantes y a temperaturas de trabajo entre 500 y 150C. No debe ser utilizado en atmsferas reductoras ni sulfurosas a menos que este protegido con un tubo de proteccin (evitarse hidrgeno, monxido de carbono u otros gases fuertemente reductores).

    12. TIPO E Ideales para el uso en bajas temperaturas, en el mbito criognico gracias a su sensibilidad. Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10% Termolemento negativo: Cu55%, Ni45% F.E.M. producida: -9,835 mV/C a 76,373 mV/C (la mayor). Puede usarse en vaco o en atmsfera inerte o medianamente oxidante o reductora.

    13. TIPO J Es el mas popular y ampliamente empleado de todas las combinaciones de metal base debido a su bajo coste. Termoelemento positivo: Fe99,5% Termolemento negativo: Cu55%, Ni45% Rango limitado. Son ideales para usar en viejos equipos que no aceptan el uso de termopares ms modernos. F.E.M. producida: -8,096 mV/C a 42,919 mV/C. Adecuado en atmsferas con escaso oxigeno libre. la oxidacin de el hilo de hierro aumenta rpidamente por encima de 550C, siendo necesario un mayor dimetro del hilo hasta una temperatura limite de 750C.

    14. TIPO T Termoelemento positivo: Cu 100% Termoelemento negativo: Cu55%, Ni45% F.E.M. producida: -6,258 mV/C a 20,872 mV/C. Temperatura mxima limitada por la oxidacin del cobre por encima de 371C. Se debe evitar atmsferas en donde estn presentes amonaco, perxido de hidrgeno, azufre fundido, sulfuro de hidrgeno y anhdrido sulfuroso con un RH de 65% o mayor. El termopar tipo T, tiene una elevada resistencia a la corrosin por humedad atmosfrica o condenacin y puede utilizarse en atmsferas oxidantes o reductora.

    15. TIPO N Termoelemento positivo: Ni84,4%, Cr14,2%, Si1,4% Termoelemento negativo: Ni95,45% Si4,40%, Mg0,15% F.E.M. producida: -4,345 mV/C a 47,513 mV/C. Adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidacin de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S que son ms caros.

    16. TIPO S Los pares de calibracin S se utilizan para medidas de temperatura industrial y como patrones primarios. Termoelemento positivo: Pt90%, Rh10% Termoelemento negativo: Pt100% F.E.M. producida: -0,236 mV/C a 18,693 mV/C. Ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1.300 C, pero su baja sensibilidad 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 calibracin universal del punto de fusin del oro (1064,43 C). Excelente resistencia a la oxidacin.

    17. TIPO S Nunca deben insertarse directamente en tubos de proteccin metlicos, pero s en tubos con proteccin de cermica. Fabricado con almina (Al2O3) de alto contenido de pureza. Para temperaturas superiores a 1500C se utilizan tubos de proteccin de platino. Inestabilidad en la respuesta del sensor temperaturas inferiores a 0C. Por encima de 1400C ocurre crecimiento de granulaciones que los dejan quebradizos. Las atmsferas con gases reductores como el hidrgeno atacarn al termopar.

    18. TIPO R Gran aceptacin en las aplicaciones industriales de alta temperatura debido a su elevado poder termoelctrico en estas condiciones. Termoelemento positivo: Pt87%, Rh13%. Termoelemento negativo: Pt100%. F.E.M. producida: -0,226 mV/C a 21,101 mV/C. Adecuados para la medicin de temperaturas de hasta 1.300 C. Su baja sensibilidad (10 V/C) y su elevado precio quitan su atractivo. Excelente resistencia a la oxidacin. Las atmsferas con gases reductores como el hidrgeno atacarn al termopar.

    19. TIPO B Utilizado en la industria para temperaturas mas elevadas que ambos ya que con la aleacin de Pt-Rh se logra que su temperatura de fusin se eleve y por lo tanto puede emplearse hasta temperaturas mayores. Termoelemento positivo: Pt70,4%, Rh29,6%. Termoelemento negativo: Pt93,9%, Rh6,1%. Adecuados para la medicin de altas temperaturas superiores a 1.800 C. F.E.M. producida: 0,000 mV/C a 13,820 mV/C. Presentan el mismo resultado a 0 C y 42 C. Excelente resistencia a la oxidacin. Las atmsferas con gases reductores como el hidrgeno atacarn al termopar.

    20. TIPO S,R y B Otro contaminador que afecta a la calibracin atacando al par es el slice. El slice se encuentra en todos los tubos de carburo de silicio, tubos y aisladores de silimanita, que son los mas comnmente usados con esta clase de pares por su economa. Para evitar el ataque de atmsferas reductoras y contaminacin del Slice en el extremo mas alto de la gama de temperaturas, deben utilizarse tubos protectores de Alminia recristalizada y vitrificada entre el 97 y 99% de Alumina Pura. Se recomienda utilizar aisladores de una sola pieza con suficiente "espacio para respiracin.

    21. TIPOS DE TERMOPARES Los termopares tipo R, S y E se emplean en atmosferas oxidantes y temperaturas de trabajo de hasta 1500c. Si la atmsfera es reductora, el termopar debe protegerse con un tubo cermico estanco. El material del tubo de proteccin debe ser el adecuado para el proceso donde se aplique y suele ser de hierro o acero sin soldaduras, acero inoxidable, iconel, carburo de silicio, etc...

    22. CALIBRACIN

    23. PROBLEMAS DE CONEXIN Son la causa de la mayora de los errores de medicin. Se debe usar el tipo correcto del cable de extensin. Cualquiera que sea el conector empleado debe estar hecho del material termopar correcto y su polaridad debe ser la adecuada. Se utilizan normas como la I.S.A. y ANSI-MC 96.1-.1982 para clasificar el alambre del termopar.

    24. RESISTENCIA Cables delgados: Para minimizar la desviacin trmica y mejorar los tiempos de respuesta. Alta resistencia. Sensible al ruido. Errores debido a la resistencia del instrumento de medicin. Se recomienda medir la resistncia del termopar antes de utilizarlo.

    25. DESCALIBRACIN Difusin de partculas atmosfricas en el metal a los extremos de la temperatura de operacin. Impurezas y los qumicos del aislante difundindose en el cable del termopar.

    26. RUIDO La salida de un termopar es una pequea seal. Se puede minimizar el ruido al retorcer los cables para asegurarse que ambos recogen la misma seal de ruido. En ambiente extremadamente ruidoso es necesario considerar usar un cable de extensin protegido.

    27. OBSERVACINES Las conexiones entre el cable de compensacin, el termopar y el instrumento deben ser perfectas, sin empalmes en el cable de compensacin, utilizando el hilo correcto y el conjunto de la instalacin debe evitar el paso prximo por fuentes de calor (aparece el efecto Thompson). Si estas recomendaciones no se cumplen aparecen tensiones trmicas de corriente continua que dan lugar a un desplazamiento en la calibracin de el instrumento . El termopar es susceptible al ruido elctrico industrial debido a que durante su funcionamiento puede generar tensiones de 2 a 50 mV y se encuentra en un entorno donde las grandes maquinas elctricas pueden crear cientos de milivoltios en el cable de conexin. El termopar trabajando como una antena puede recoger radiacin electromagntica de radio televisin y microondas . de aqu que se requiera que los cables de conexin estn torcidos y dentro de una funda metlica que se pone a tierra , que la unin de medida este puesta a tierra y que el amplificador tenga una buena relacin seal/ruido.

    28. USO DE VAINAS En lo referente a la vainas de proteccin depende de el proceso industrial es el tipo de vaina que se va a usar por ejemplo en el proceso de fabricacin de el cemento en la salida de los altos hornos se usa una vaina de iconel o hierro o tambin pirometros de radiacin. Proceso de fabricacin de la cermica en los hornos se utilizan protecciones cermicos o pirometros de radiacin. Proceso de exaltacin y vtreo se usan vainas de iconel o hierro. Fabricacin de alimentos y procesos petroqumicos el acero inoxidable como vaina. En procesos de fabricacin que excedan los 1000c a veces se usa carburo de silicio.

    29. AISLAMIENTO Mostacillas Configuracin ms simple. Termoelementos acomodados en aisladores de cermica que usualmente son denominados mostacillas. Producidas con oxido de magnesio (Mg2O) 66,7% con alta conductividad trmica y alta resistencia de aislamiento.

    30. AISLAMIENTO Termopar con aislamiento mineral Desarrollado para aplicaciones en el sector nuclear. Extendido a los dems sectores del proceso productivo. Necesidad de un termopar con un tiempo de respuesta menor que el que se obtena con el termopar convencional. Termopar convencional montado con un tubo de proteccin donde todo el conjunto es trefilado. En este proceso los termoelementos quedan aislados entre s mediante un polvillo compacto de Mg2O y protegidos por una vaina metlica (originalmente el tubo de proteccin).

    31. CDIGO DE COLORES

    32. CDIGO DE COLORES

    33. PROS Y CONTRAS PROS Bajo costo. No hay piezas mviles, menos probabilidad de romperse. Amplia gama de temperaturas. Tiempo de reaccin razonablemente corto. Capacidad de repeticin y exactitud razonables. CONTRA La sensibilidad es baja, generalmente 50 V/C o menos. Generalmente la exactitud no es mejor que 0,5 C. Requiere una temperatura de referencia, generalmente la del hielo (0C).

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