BALANZAS. TEMPERATURA. PRESION. HUMEDAD. LTDA. Termopar El termopar es uno de los métodos más simples para medir temperatura. En 1821 Seebeck señaló que si se unían dos metales distintos por sus extremos y si se someten a temperaturas diferentes, entre las uniones aparecen fuerzas electromotrices generadas que están en función de la diferencia de temperaturas en la unión y del tipo de metal utilizado para fabricar la unión. La ecuación que se cumple es: 2
FEM (mV) = a + bT + cT
En su forma más simple, un termopar consiste de dos alambres, cada uno hecho de un metal homogéneo diferente o aleación. Los alambres son unidos en un extremo para formar una junta de medición. Esta junta de medición es expuesta al medio a ser medido. El otro extremo de los alambres van usualmente a un instrumento de medición, donde forman una junta de referencia. Cuando las dos juntas están a diferentes temperaturas, se producirá una f.e.m. (fuerza electromotriz).
Metal A (+) Junta de medición (junta caliente) Zona de Temperatura T 1
FEM = E
Metal B (-) T1 ? T2
Junta de referencia (junta fría)
Zona de Temperatura T 2
Efectos en el termopar La fem en la junta caliente es manifestación del Efecto Perlier, este efecto involucra la liberación o absorción de calor en la unión cuando fluye corriente a través de el y de la dirección del flujo depende si el efecto es de calentamiento o enfriamiento. En el efecto Thompson se desarrolla una segunda fem, debido al gradiente de temperatura de un conductor sencillo y homogéneo.
Leyes de la Termoelectricidad 1. En un circuito formado por un solo metal, la FEM generada es cero, cualquiera que sean las temperaturas. 2. Si se interrumpe un circuito termoeléctrico en una de sus uniones intercalándose un nuevo metal, la FEM generada por el circuito no cambia a condición de que los extremos del nuevo metal sean mantenidos a la misma temperatura que había en el punto de interrupción y de que la temperatura en la otra unión permanezca invariable. 3. En un circuito formado por dos metales diferentes la FEM generada es diferente de cero, siempre y cuando las temperaturas sean diferentes en la unión caliente con respecto de la unión fría.
Compensación por junta fría JUNTA DE MEDICIÓN
ALAMBRE DE HIERRO
T1
ALAMBRE DE CONSTANTANO
ALAMBRES DE COBRE
AL INSTRUMENTO DE MEDICIÓN
BAÑO DE HIELO
Para prevenir errores por efectos de la junta fría, se efectúa una compensación, por medio de un baño de hielo o por medio de circuitos compensadores que suministran una fem constante.
T2 JUNTA DE REFERENCIA
Junta de medición y de referencia (laboratorio) + TERMOPAR
POSITIVO GATIVO OMINDAECNIÓN IMBOLSO ATERIM AL MBOLSOI ATERM IAL COBRE-CONSTANTANO P OBRCET N CO AN NT SATNO T FIERRO-CONSTANTANO P ERRFO JI CO AN NTSATNO JN CROMEL-CONSTANTANO ECE PRLOM N ONSCTANTANOE CROMEL-ALUMEL P ROMCEL N K LUMA EL K PLATINO-Pt 10% RH TIP NLOA10S% P RH N TIP NLO SA PLATINO-Pt 13% RH IPNLOA1T3R% P RH IP NLO RAN T Pt 30% RH-Pt 6% RH IP NLOAT 3B 0P % RH IP NL B OA NT 6% RH
NE
Tipos de termopares 4
Formas de conexión de termopares TERMOPARES
+
CAJA DE CONEXIÓNES
T1
INSTRUMENTO
-
+ -
CABLES DE COBRE
T2
+ CONEXIONES
T = T1-T2
-
CABLES DE EXTENSIÓN
Medición diferencial de temperatura con dos termopares TERMOPARES
+
+ T = (T1+T2)/2
T1
-
INSTRUMENTO
+ T2
CABLES DE CONEXIONES EXTENSIÓN
CAJA DE CONEXIÓNES
Termopares en paralelo 5
Formas de conexión de termopares INSTRUMENTO HIERRO T1
+
HIERRO
+
CABLES DE EXTENSIÓN
-
CONSTANTANO BLOQUE DE CONEXIONES T2
CONSTANTANO JUNTA DE REFERENCIA T3
Conexiones correcta del termopar
INSTRUMENTO HIERRO T1
+
CONSTANTANO
+
CABLES DE EXTENSIÓN
-
CONSTANTANO BLOQUE DE CONEXIONES T2
HIERRO JUNTA DE REFERENCIA T3
Conexiones incorrecta del termopar 6
Cables de extensión de termopares
Los cables de extensión deben ser específicos para el tipo de termopar utilizado, aunque para una transmisión a gran distancia puede utilizarse cobre, cuidando la temperatura y composición homogénea del conductor.
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Aspectos a cuidar en los termopares 1. Puntos de fusión. 2. Reacciones en varias atmósferas. 3. Salida termoeléctrica combinada. 4. Conductancia eléctrica. 5. Estabilidad. 6. Repetibilidad. 7. Costo. 8. Facilidad de manejo y fabricación.
Ventajas y desventajas en los termopares Ventajas: Determinación de la temperatura se realiza prácticamente en un punto La capacidad calorífica de un termopar puede ser muy pequeña, con lo que la respuesta a las variaciones de temperatura sería muy rápida. La salida del sensor es una señal eléctrica producida por el mismo termopar y por tanto no es necesario alimentarlo con ninguna corriente exterior Desventajas: Es necesario mantener la unión de referencia a una temperatura constante y conocida pues la incertidumbre en la temperatura de referencia produce una del mismo orden en la medida.
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Características de los termopares VENTAJAS
LIMITACIONES
Relativamente baratos
Relación de voltaje–temperatura no ln i eal
Amplia variedad de diseños comerciales disponibles
Sujetos a envejecimiento y contaminación de la junta caliente
La salida eléctrica es apropiada para accionar dispositivos de indicación y control
Se deben evitar altos gradientes de temperatura
Largas distancias de transmisión son posibles
Su lectura no es tan directa y se requiere procesamiento en su indicación
Tamaño pequeño y construcción robusta
Se deben escoger los materiales adecuados para resistir atmósferas oxidantes y reductoras
Buena exactitud y velocidad de respuesta
Baja exactitud cuando se compara con los RTD´s
Fácil calibración y reproducibilidad
Los voltajes en los conductores pueden afectar la calibración
Amplio rango desde 0 absolutos hasta 2500 oC
Susceptibles a ia inducción de ruidos
No tiene partes móviles
En sistemas de control digital requieren tarjetas especiales de entrada