medida de temperatura con termopares

2010

ESPOCH

Ingeniería Industrial

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA AMBIENTE EN LA MEDICIÓN DE TEMPERATURA CON TERMOPARES

Silvana Haro.

Hugo Colcha.

Giovany Pilco

Bayron Macas

LABORATORIO DE INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Página 2

DATOS GENERALES

Práctica Nº: Uno

Tema: Influencia del ambiente en la medición de temperatura con termopares

Fecha: 12 de Noviembre del 2010

Profesor: Dr. Marco Haro.

Semestre: Noveno

Integrantes: Silvana Haro

Hugo Colcha

Geovany Pilco

Bayron Macas

OBJETIVO:

Determinar la influencia del ambiente en la medición de temperaturas con

termopares.

MARCO TEÓRICO:

¿Qué son los Termopares?

Un termopar es un sensor de temperatura, hecho de dos alambres de materiales

diferentes y unidos en un extremo, este sensor genera un voltaje muy pequeño

(minivoltios) cuando se le aplica temperatura en la unión de los metales y va en

aumento de acuerdo a la temperatura (efecto Seebeck).

Por ejemplo, una termopar "tipo J" está hecho con un alambre de hierro y otro de

constatan (aleación de cobre y nickel). Al colocar la unión de estos metales a 750

°C, debe aparecer en los extremos 42.2 milivoltios.1

Grafico 1. Tomado de http://proton.ucting.udg.mx/dpto/maestros/mateos/clase/Modulo_03/termocuplas.pdf

1 http://proton.ucting.udg.mx/dpto/maestros/mateos/clase/Modulo_03/termocuplas.pdf

http://proton.ucting.udg.mx/dpto/maestros/mateos/clase/Modulo_03/termocuplas.pdf



Construcción mecánica de un Termopar:

Generalmente los termopares vienen encapsulados en un tubo de acero inoxidable

u otro material conocido como vaina, en donde en un extremo está la unión y en el

otro el terminal eléctrico de los cables, poseen una rosca habitualmente de ½” gas,

racor deslizante de ½”, brida de tope ajustable, termopozo, etc; además están

protegidos interiormente de una caja esférica de aluminio llamado cabezal.

Grafica 2. Tomada de: http://www.guemisa.com/hrtemp/docus/sondas.pdf

Tipos de Termopares:

En el siguiente cuadro se aprecian los tipos de termopares, con su denominación,

composición química, rango de temperatura, diámetro del alambre apropiado y la

Fuerza electromotriz. Cabe destacar que el Tipo K y J son las más utilizadas

industrialmente.

CABEZAL

VAINA

ROSCA

http://www.guemisa.com/hrtemp/docus/sondas.pdf



TIPO DENOMINACIÓN COMPOSICIÓN Y SÍMBOLO

RANGO DE TEMPERATURA

(ºC)

DIÁMETRO DEL ALAMBRE

APROPIADO

F.e.m (mv)

B

Platino – rodio 30% vs

platino - rodio 6%

PtRh 30% - PtRh 6%

0…1.500 (1.800)

0.35 y 0.5mm

0…10.094 (13.585)

R


platino

PtRh 13% - Pt

0…1.400 (1.700)

0.35 y 0.5mm

0…16.035 (20.215)

S


platino

PtRh 10% - Pt

0…1.300 (1.600)

0.35 y 0.5mm

0…13.155 (15.576)

J

Hiero vs Constantán

Fe – CuNi

-200…700 (900)

-200…600 (800)

3mm 1mm

-7.89…39.130(51.875)

-7.89…33.096(45.498)

K

Níquel – Cromo vs

Níquel /Chromel vs

Alumel)

NiCr – Ni

0…1000 (1.300)

0…900 (1.200)

3 ó 2mm

1.38mm

0…41.269(52.398)

0…37.325(48.828)

T

Cobre vs Contantán

Cu – CuNi

-200…700 (900)

0.5mm

-5.60…14.86(20.86)

E

Níquel – Cromo vs

Contantán (Chromel –

Constantán)

NiCr – CuNi

-200…600 (800)

3mm

-8.83…45.08(68.78)

-9.83…53.11(61.02)

Tabla 1. Tomada de: http://www.sapiensman.com/medicion_de_temperatura/termocuplas.htm

Termopar Tipo K (NiCr - Ni)

Conocido como Chromel – Alumel. El chromel es una aleación de aproximadamente

90% y 10% de cromo, el Alumel es una aleación de 95% de níquel más aluminio,

silicio y manganeso, razón por la que la norma IEC (Comisión Electrotécnica

Internacional) organización de normalización en los campos eléctrico, electrónico

y tecnologías relacionadas , la especifica NiCr – Ni.

El termopar tipo K, es el más utilizado en la industria, debido a su capacidad de

resistir mayor temperatura que el termopar tipo J. Es utilizable de manera

continua en atmósferas oxidantes e inertes hasta 1260º C.

http://www.sapiensman.com/medicion_de_temperatura/termocuplas.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Normalizaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica



Linealización

La dependencia entre el voltaje entregado por la termocupla y la temperatura no

es lineal (no es una recta), es deber del instrumento electrónico destinado a

mostrar la lectura, efectuar la linealización, es decir tomar el voltaje y conociendo

el tipo de termopar, ver en tablas internas a que temperatura corresponde este

voltaje.2

Grafica 3. Tomada de: http://proton.ucting.udg.mx/dpto/maestros/mateos/clase/Modulo_03/termocuplas.pdf

Compensación de cero

Uno de los inconvenientes prioritarios de los termopares es su necesidad de

"compensación de cero". Debido a que en algún punto, se tendrá que juntar los

cables del termopar con un conductor normal de cobre.

En dicho punto se originaran dos nuevos termopares siendo el cobre el metal de

ambos, generando cada termopar un voltaje proporcional a la temperatura de

ambiente (Ta) en el punto de la unión.

Grafica 4. Tomada de: http://proton.ucting.udg.mx/dpto/maestros/mateos/clase/Modulo_03/termocuplas.pdf







En tiempos pasados se corregía este problema colocando los empalmes en un baño

de hielo a cero grados para que generen cero voltaje (Ta = 0 y luego V (Ta) = 0).

En la actualidad todos los instrumentos modernos miden la temperatura en ese

punto (mediante un sensor de temperatura adicional) y la suman para crear la

compensación y obtener así la temperatura real.3

El punto de unión (llamado "empalme ó juntura de referencia") es siempre en el

conector a la entrada del instrumento pues ahí está el sensor de temperatura. De

modo que es necesario llegar con el cable del termopar hasta el mismo

instrumento.

CÁLCULO DE LA FUERZA ELECTROMOTRIZ TOTAL

La influencia del ambiente en la lectura de temperaturas en un termopar se realiza

de la siguiente manera:

f.e.m = f.e.m (ambiente) + f.e.m (observada)


º T

mV c.c

f.e.m = famb + fabs

f.e.m f.abs




EQUIPO:

1 Horno eléctrico

2 Termopar Tipo K

1 Incinerador de temperatura Tipo K (Display)

1 Mili voltímetro

HORNO

DISPLAY

EQUIPO INSTALADO



PROCEDIMIENTO:

1- Conectar un termopar tipo K al display el cual medirá la temperatura del

ambiente.

2- Conectar un termopar tipo K al horno eléctrico, el cual estará conectado

al display para de esa manera visualizar la variación de temperatura del

horno eléctrico.

3- Conectar el milivoltímetro en paralelo con el termopar para medir la

variación de mili voltajes al variar la temperatura del horno eléctrico.

4- Encender y calibrar los equipos (horno eléctrico , mili voltímetro ,

display)

5- Registrar datos obtenidos del display y mili voltímetro según varia la

temperatura del horno

6- Obtener los mili voltajes de la respectiva tabla tipo K a la temperatura

ambiente para encontrar la fuerza electromotriz total

7- Obtener la fuerza electromotriz total mediante la suma de la fuerza

electromotriz del ambiente y la fuerza electromotriz observada.

8- Realizar las siguientes graficas :

Milivoltajes observados en el mili voltímetro vs Temperatura del

horno eléctrico.

Milivoltajes de la temperatura ambiente observados en la tabla vs

temperatura del horno eléctrico

Fuerza electromotriz total vs temperatura del horno eléctrico

9.- Analizar las gráficas

10.- Conclusiones y recomendaciones



MEDICIÓN DE DATOS

º C mv cc

T

Ambiente

mv

Ambiente

Tablas Tipo

K fem Total Diferencia

35 0,5 20 0,798 1,407 1,298 0,109

40 0,7 20 0,798 1,612 1,498 0,114

45 0,9 20 0,798 1,817 1,698 0,119

50 1,1 20 0,798 2,023 1,898 0,125

55 1,3 20 0,798 2,230 2,098 0,132

60 1,5 20 0,798 2,436 2,298 0,138

65 1,7 20 0,798 2,644 2,498 0,146

70 1,9 20 0,798 2,851 2,698 0,153

75 2,1 20 0,798 3,059 2,898 0,161

80 2,4 20 0,798 3,267 3,198 0,069

85 2,6 20 0,798 3,474 3,398 0,076

90 2,8 20 0,798 3,682 3,598 0,084

95 3,0 20 0,798 3,889 3,798 0,091

100 3,2 20 0,798 4,096 3,998 0,098

105 3,4 20 0,798 4,303 4,198 0,105

110 3,6 20 0,798 4,509 4,398 0,111

115 3,8 20 0,798 4,715 4,598 0,117

120 4,0 20 0,798 4,920 4,798 0,122

125 4,2 20 0,798 5,124 4,998 0,126

130 4,5 20 0,798 5,328 5,298 0,030

135 4,6 20 0,798 5,532 5,398 0,134

140 4,8 20 0,798 5,735 5,598 0,137

145 5,0 20 0,798 5,937 5,798 0,139

150 5,2 20 0,798 6,138 5,998 0,140

155 5,4 20 0,798 6,339 6,198 0,141

160 5,6 20 0,798 6,540 6,398 0,142

165 5,8 20 0,798 6,741 6,598 0,143

170 6,0 21 0,838 6,941 6,838 0,103

175 6,2 21 0,838 7,140 7,038 0,102

180 6,4 21 0,838 7,340 7,238 0,102

185 6,6 21 0,838 7,540 7,438 0,102

190 6,8 21 0,838 7,739 7,638 0,101

195 7,0 21 0,838 7,939 7,838 0,101

200 7,2 21 0,838 8,138 8,038 0,100



GRÁFICAS:

Fig.1 Milivoltajes observados en el milivoltímetro vs Temperatura del horno eléctrico.

Fig. 2 Milivoltajes de la temperatura ambiente observados en la tabla vs

temperatura del horno eléctrico

Fig. 3 Fuerza electromotriz total vs temperatura del horno eléctrico



SERIE 1 .- Fuerza Electromotríz Observada

SERIE 2 .- Fuerza Electromotríz de Tablas

SERIE 3 .- Fuerza Electromotríz Total, Sumada de Medidas



CONCLUSIONES

De acuerdo a la variación de temperatura en el horno eléctrico, tambien

variará los milivoltajes en el multímetro, la temperatura se incrementa en 5 0C y los milivoltios se incrementan en 0.2 aproximadamente, por lo tanto la

gráfica tiende a ser una recta.

Existe una diferencia entre la fuerza electromotriz de las tablas y la fuerza

electromotriz total medida debido a las caídas de voltajes, presición de los

instrumentos, a las extensiones utilizadas y la variación de temperatura

ambiente (20 a 21 0C).

Analizando las gráficas se concluye que, la fuerza electromotriz de las tablas

(línea roja) y la fuerza electromotriz sumada(línea verde), es muy superior

a la fuerza electromotriz observada (línea azul) debido a que no esta

adicionada el valor de la fuerza electromotriz de la temperatura ambiente.

RECOMENDACIONES

Al desconocer el tipo de termopar este procedimiento nos permitirá

identificarlo mediante la comparación con tablas entre las lecturas

observadas.

Siempre utilizar extensiones del mismo tipo del termopar, para evitar

errores en la lectura de temperatura, pues si se usa otro tipo de extensión

es como si se integrara otro termopar.

Los cables de extensión deven ser llevados hasta un metro de separación de

las redes eléctricas, pues los campos magnético de estos afectan en la

lectura de los milivoltajes.

Se recomienda una sola sección de estas extensiones, de no ser posible, la

union entre extensiones se realizará con soldadura de plata.

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