Medicin de Temperatura

CONTROL DE PROCESOS

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LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS

Laboratorio 4

MEDICIN DE TEMPERATURA

INFORME

INTEGRANTES DEL GRUPO:

- Castaeda Gutierrez Jhoan -Elgegren Oyarce Carlos

-Madueo Limache Martn -Ramos aupari Jean

Profesor: Godnez de la Cruz Ernesto Juan

Seccin: C14-06-A

FECHA DE REALIZACION: 22 de Abril de 2014

FECHA DE ENTREGA: 29 de Abril del 2014

2014-I

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NDICE

OBJETIVOS Pg. 3 FUNDAMENTO TERICO Pg. 3 5 PROCEDIMIENTO Pg. 6 12 CUESTIONARIO Pg. 13 14 CONCLUSIONES Pg. 15 RECOMENDACIONES Pg. 15

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I. OBJETIVOS: * Aprender a calibrar termmetros de columna de medicin y su correcta utilizacin. * Conocer la variacin de los valores tomados con un termmetro de medicin. * Observar los errores cometidos por cada termmetro. * Conocer el valor ms aproximado en las mediciones. II. FUNDAMENTO TERICO La temperatura de un cuerpo indica en qu direccin se desplazar el calor al poner en contacto dos cuerpos que se encuentran a temperaturas distintas, ya que ste pasa siempre del cuerpo cuya temperatura es superior al que tiene la temperatura ms baja; el proceso contina hasta que las temperaturas de ambos se igualan. El mtodo de calibracin de los termmetros es hacer una comparacin con un sistema de referencia y el sistema que se desea utiliza, para saber la precisin y exactitud con la que se dispone a trabajar. Esta medicin sirve para saber cuan desviados estn los equipos que se utilizan, as como para tener un mejor control de las variables del experimento. * ESCALAS TERMOMETRICAS: Las escalas de temperatura ms comnmente usadas son dos: Celsius y Fahrenheit. Con fines de aplicaciones fsicas o en la experimentacin, es posible hacer uso de una tercera escala llamada Kelvin o absoluta. La escala Celsius es la ms difundida en el mundo y se la emplea para mediciones de rutina, en superficie y en altura. * EL TERMMETRO: El instrumento utilizado para medir temperaturas se llama termmetro. Existen varios tipos de termmetros, cuya construccin vara segn el uso a que se destinan y su modo de utilizacin. Todos los termmetros miden la temperatura y sus variaciones aprovechando el efecto producido por el calor sobre un cuerpo. Generalmente se utiliza la dilatacin que acompaa a un incremento de calor. La dilatacin del mercurio contenido en un tubo cerrado de vidrio, constituye el fundamento del termmetro cientfico ms comn. Algunas veces se utiliza alcohol en lugar de mercurio. * TERMOPAR.- Es un sensor formado por la unin de dos metales distintos que produce un voltaje (efecto Seebeck), que es funcin de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" o unin

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caliente o de medida y el otro denominado "punto fro" o unin fra o de referencia. En Instrumentacin industrial, los termopares son ampliamente usados como sensores de temperatura. Son econmicos, intercambiables, tienen conectores estndar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Su principal limitacin es la exactitud ya que los errores del sistema inferiores a un grado Celsius son difciles de obtener. El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila. Tanto los termopares como las termopilas son muy usados en aplicaciones de calefaccin a gas. Los termopares estn disponibles en diferentes modalidades, como sondas. Estas ltimas son ideales para variadas aplicaciones de medicin, por ejemplo, en la investigacin mdica, sensores de temperatura para los alimentos, en la industria y en otras ramas de la ciencia, etc. A la hora de seleccionar una sonda de este tipo debe tenerse en consideracin el tipo de conector. Los dos tipos son el modelo estndar, con pines redondos y el modelo miniatura, con pines chatos, siendo estos ltimos (contradictoriamente al nombre de los primeros) los ms populares. Otro punto importante en la seleccin es el tipo de termopar, el aislamiento y la construccin de la sonda. Todos estos factores tienen un efecto en el rango de temperatura a medir, precisin y fiabilidad en las lecturas. Tipos de termopares: * Tipo K (Cromo (Ni-Cr) Chromel / Aluminio (aleacin de Ni -Al) Alumel): con una amplia variedad de aplicaciones, est disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas. Tienen un rango de temperatura de -200 C a +1.372 C y una sensibilidad 41V/ C aprox. Posee buena resistencia a la oxidacin. * Tipo J (Hierro / Constantn): 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 ms modernos. El tipo J no puede usarse a temperaturas superiores a 760 C ya que una abrupta transformacin magntica causa un desajuste permanente. Tienen un rango de -40 C a +750 C y una sensibilidad de ~52 V/ C. Es afectado por la corrosin. * TERMISTOR.- Es un sensor resistivo de temperatura. El trmino termistor proviene de Thermally Sensitive Resistor. Su funcionamiento se basa en la variacin de la resistencia de un semiconductor con la temperatura, debido a la variacin de la concentracin de portadores. Para los termistores NTC, al aumentar la temperatura, aumentar tambin la concentracin de portadores, por lo que la resistencia ser menor, de ah que el coeficiente sea negativo. Para los termistores PTC, en el caso de un semiconductor con un dopado muy intenso, ste adquirir propiedades metlicas, tomando un coeficiente positivo en un margen de temperatura limitado. Usualmente, los termistores se fabrican a partir de xidos semiconductores, tales como el xido frrico, el xido de nquel, o el xido de cobalto.

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Existen dos tipos de termistor: * NTC (Negative Temperature Coefficient) coeficiente de temperatura negativo * PTC (Positive Temperature Coefficient) coeficiente de temperatura positivo Para medir ciertos parmetros se emplean termmetros modificados, tales como los siguientes: * TERMMETRO DE GLOBO.- Para medir la temperatura radiante. Consiste en un termmetro de mercurio que tiene el bulbo dentro de una esfera de metal hueca, pintada de negro de humo. La esfera absorbe radiacin de los objetos del entorno ms calientes que el aire y emite radiacin hacia los ms fros, dando como resultado una medicin que tiene en cuenta la radiacin. Se utiliza para comprobar las condiciones de comodidad de las personas. * TERMMETRO DE BULBO HMEDO.- Para medir el influjo de la humedad en la sensacin trmica. Junto con un termmetro ordinario forma un psicrmetro, que sirve para medir humedad relativa, tensin de vapor y punto de roco. Se llama de bulbo hmedo porque de su bulbo o depsito parte una muselina de algodn que lo comunica con un depsito de agua. Este depsito se coloca al lado y ms bajo que el bulbo, de forma que por capilaridad est continuamente mojado. * TERMMETRO DE MXIMA Y EL TERMMETRO DE MNIMA.- son utilizados en meteorologa, y para saber la temperatura ms alta y la ms baja del da.

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Procedimiento Parte A

1. Conectar el calibrador FLUE a 220 VCA

2. Variar el setpoint de la temperatura en forma gradual para calentar las termocuplas, el

termistor, el PT 100. Verificar la temperatura con la sonda de referencia y completa la

tabla de 1.

3. Grafique la respuesta de cada sensor utilizado. Termocupla J y K. Termistor NTC y Pt 100

en funcin de la temperatura y determine las respectivas ecuaciones que relacionen a las

de salidas de cada sensor con sus respectivas entradas

4. Con los datos obtenidos determine y de Pt 100 y el termistor respectivamente

T(C) Tension medida (mv) Tensin a tempereratura T (mV)

45 1 3.321

50 1 3.321

55 1.1 3.421

60 1.2 3.521

65 1.4 3.721

70 1.6 3.921

75 1.9 4.221

80 2.2 4.521

85 2.4 4.721

90 2.7 5.021

La termocupla tipo J tiene un comportamiento lineal en la relacin que se manifiesta al variar la temperatura y por consiguiente la tensin generada La medicin realizada presenta un gran porcentaje de error por lo que podra encontrarse en mal estado la termocupla.

y = 0.0399x - 1.0418

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 20 40 60 80 100

Termocupla tipo J

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Tension medida (mv) Tensin a tempereratura T (mV)

45 0.7 2.517

50 0.7 2.617

55 0.7 2.717

60 1.1 2.917

65 1.2 3.017

70 1.4 3.217

75 1.7 3.517

80 1.9 3.717

85 2.1 3.917

90 2.4 4.217

La termocupla tipo k tiene un comportamiento lineal en la relacin que se manifiesta al variar la temperatura y por consiguiente la tensin y en comparacin con al tipo j presenta una mayor pendiente.

Pt 100

T(C) Resistencia medida()

45 100

50 112.52

55 116.65

60 120.78

65 127.91

70 129.04

75 130.17

80 131.3

85 132.43

90 133.56

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El Pt 100 es un dispositivo que vara su resistencia en funcin a la variacin de temperatura en este caso el sensor utilizado presenta una zona lineal.

Rx=Ro(1+T) 115.42=100(1+90) = 1.71*10^3

El NTC es un dispositivo que vara su resistencia en

funcin a la variacin de temperatura en este caso el

sensor utilizado presenta una zona curva que

disminuyen su resistencia en funcin que aumenta su

temperatura.

= -48.87

T(C) Resistencia medida()

45 4.948

50 4.752

55 4.285

60 3.685

65 3.19

70 2.681

75 2.29

80 1.9

85 1.642

90 1.43

y = 0.346x + 84.287

95

100

105

110

115

120

0 20 40 60 80 100

Pt100

y = -0.0849x + 8.8117

0

1

2

3

4

5

6

0 20 40 60 80 100

Termistor NTC

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Parte B

1. Con el horno a una temperatura estable y el sensor bajo prueba frio, introduzca sensor en

el horno y llene la tabla 2 y la tabla 3

2. Grafique las respuestas en el tiempo t y en el tiempo de respuesta 5t de cada

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330 114.3 1.824

340 115.78 1.823

350 115.78 1.823

360 115.78 1.823

370 115.78 1.822

380 115.78 1.822

390 115.78 1.822

400 115.78 1.821

410 115.78 1.821

420 115.78 1.82

430 115.78 1.82

440 115.78 1.82

450 116.2 1.82

460 116.2 1.82

470 116.2 1.819

480 116.2 1.819

490 116.2 1.817

500 116.8 1.818

510 116.8 1.818

520 116.8 1.818

530 116.8 1.818

540 116.8 1.818

550 116.8 1.818

En este experimento pusimos una temperatura constante y vemos como el Pt 100 traduce la temperatura en resistencia al pasar el tiempo t= 330 s 5t= 550 s

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

0 100 200 300 400 500 600

Tiempo de respuesta Pt 100

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En este experimento pusimos una temperatura constante y vemos como el termistor traduce la temperatura en resistencia al pasar el tiempo t= 60 s 5t= 550 s

t(segundos) J(mV) K(mV)

0 2.6 2

10 2.6 2

20 2.6 2

30 2.6 2

40 2.6 2

50 2.6 2

60 2.6 2

70 2.7 2

80 2.7 2

90 2.7 2

100 2.7 2

110 2.7 2

120 2.7 2

130 2.7 2

140 2.7 2

150 2.9 2

160 2.9 2

170 2.9 2

180 2.9 2

190 2.9 2

200 2.9 2

210 2.9 2

220 2.9 2

230 2.9 2

240 2.9 2

1.6

1.65

1.7

1.75

1.8

1.85

0 100 200 300 400 500 600

Tiempo de respuesta Termistor

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250 2.9 2

260 2.9 2

270 2.9 2

280 2.9 2

290 2.9 2

300 2.9 2

310 2.9 2

320 2.9 2

330 2.9 2

340 2.9 2

350 2.9 2

360 2.9 2

370 2.9 2

380 2.9 2

390 2.9 2

400 2.9 2

410 2.9 2

420 2.9 2

430 2.9 2

440 2.9 2

450 2.9 2.1

460 2.9 2.1

470 2.9 2.1

480 2.9 2.1

490 2.9 2.1

500 2.9 2.1

510 2.9 2.1

520 2.9 2.1

530 2.9 2.1

540 2.9 2.2

550 2.9 2.2

En este experimento pusimos una temperatura constante y vemos como la termocupla tipo J traduce la temperatura en resistencia al pasar el tiempo t= 140 s 5t= 550 s

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En este experimento pusimos una temperatura constante y vemos como el Termocupla tipo K traduce la temperatura en resistencia al pasar el tiempo t= 530 s 5t= 550 s

Cuestionario

1. Describa las caractersticas de un termopozo

Son Piezas metlicas utilizadas en la proteccin de sensores de temperatura, ya sean termopares, RTDs y sensores bimetlicos. Su funcin es proteger a los sensores de condiciones o ambiente que podrian resultar altamente agresivos que reducen la vida til de ellos.

2. A que se denomina atmsfera reductora?

Una atmsfera reductora es aquella en la que falta oxgeno. Cualquier proceso

que ocurra en estas condiciones implica que algunos componentes pueden perder oxgeno mientras otros de mayor afinidad lo incorporan.

Un ejemplo clsico sera la reduccin de los xidos metlicos: mientras, por ejemplo, el xido de hierro pierde oxgeno y se transforma en hierro metlico, los gases reductores como el monxido de carbono, ganan ese oxgeno y pasan a dixido de carbono (ms estable).

3. A que se denomina atmsfera oxidante?

Una atmsfera oxidante es una atmsfera que contiene molculas con oxgeno

como ingrediente predominante. Ejemplos de estas molculas incluyen el bixido de carbono, CO2, vapor de agua, H2O, y bixido de sulfuro, SO2. Con el tiempo,

1.95

2

2.05

2.1

2.15

2.2

2.25

0 100 200 300 400 500 600

Tiemmpo de respuesta termocupla K

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la atmsfera de la Tierra pas de ser una atmsfera primitiva reductora a una atmsfera oxidante.

4. Indique el valor aproximado de la sensibilidad de los siguientes sensores de temperatura: Pt 100, Termistor y Termocuplas J y K

Los sensores RTD (PT 100, Termistor) tienen una sensibilidad mayor que los

termopares. La tensin debida a cambios de temperatura puede ser unas diez

veces mayor.

Parmetro Platino (Pt) Cobre (Cu) Nquel (Ni) Molibdeno (Mo)

Resistividad ( ) 10.6 1.673 6.844 5.7

0.00385 0.0043 0.00681 0.003786

25, 50, 100, 200 10 50, 100, 120 100, 200, 500

margen (C) -200 a +850 -200 a +260 -80 a +230 -200 a +200

Tipo J (Hierro ): Su rango de utilizacin es de -270/+1200C. Debido a sus

caractersticas se recomienda su uso en atmsferas inertes, reductoras o en

vaco, su uso continuado a 800C no presenta problemas, su principal

inconveniente es la rpida oxidacin que sufre el hierro por encima de 550C y

por debajo de 0C es necesario tomar precauciones a causa de la

condensacin de vapor de agua sobre el hierro.

Tipo K (Cromel (aleacin de Ni-Cr) / Alumel (aleacin de Ni -Al)): con una

amplia variedad de aplicaciones, est disponible a un bajo costo y en una

variedad de sondas. Tienen un rango de temperatura de -200 C a +1372 C y

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una sensibilidad 41V/C aproximadamente. Posee buena resistencia a la

oxidacin.

5. Indique los rangos de medicin de los sensores de temperatura utilizados en el laboratorio: Pt 100, Termistor y Termocuplas J y K.

Pt 100: Tiene valores normalizados desde -200 hasta +850 C y existen resistencias que cubren todo este rango. Podemos encontrar de diferentes rangos, aunque la ms habitual, por precio y por el rango que cubre es una de -50 a + 500C. Hay que tener en cuenta que estas temperaturas son slo de la resistencia en s, ya que si la vas a integrar en un proceso, el rango de temperatura lo determinar el resto de componente (tubo, cable, etc). Termistor: Operan en un rango de -200 C a + 1000 C. Un termistor NTC debe elegirse cuando es necesario un cambio continuo de la resistencia en una amplia gama de temperaturas. Ofrecen estabilidad mecnica, trmica y elctrica, junto con un alto grado de sensibilidad. Termocupla J y K: Las termocuplas J y K sn econmicas, fsicamente muy rgidas y cubren un amplio rango de temperaturas (-180 a 1370 C).

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: CONCLUSIONES: 1) Al trmino de este ensayo de laboratorio concluimos que con ayuda de la TERMOCUPLA podemos hacer calibraciones de termmetros, haciendo las comparaciones respectivas, mostrados en los cuadros. 2) Que se hacen mediciones de temperatura con ayuda de los termmetros pero estos tienes cierto margen de error y no solo eso, tambin sufren averas por diferentes motivos (envejecimiento entre otros) por lo cual se debe de calibrar cada cierto tiempo. 3) La TERMOCUPLA (termmetro patrn) es un instrumento muy importante, el cual nos permitir tener un mejor visn sobre nuestros termmetros, dndonos a conocer por el procedimiento ya mencionado sobre el estado de los termmetros que estamos utilizando. RECOMENDACIONES:

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1) Tener cuidado con la Termocupla, no acercar mucho al calentador elctrico puesto que este con el calor que genera puede hacer que la Termocupla nos de otro valor. 2) Evitar el contacto directo de los termmetros con las paredes del recipiente puesto que en estas partes el calor es mucho mayor que el del lquido. 3) Los termmetros deben estar en posicin vertical al momento de visualizar la medida, y de tal forma minimizar el error de lectura. RECOMENDACIONES Y OBSERVACIONES - Precauciones y consideraciones al usar termopares. - La mayor parte de los problemas de medicin y errores con los termopares se deben a la falta de conocimientos del funcionamiento de los termopares.