TRABAJO DE METROLOGÍA

TERMOPARES

SAMUEL HERNÁNDEZ ORTIZ

MELISSA LEIVA BARRIOS

ADRIANA MEJÍA CASTRO

UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO

        FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA

BARRANQUILLA

2015

TRABAJO DE METROLOGÍA

CONTENIDO

Pág

INTRODUCCIÓN                                                                                                                   2

1. DEFINICIÓN DE TERMOPARES                                                                                           3

2. PARTES DE LOS TERMOPARES                                                                6

3. TIPOS DE TERMOPARES                                                                   7

4. PRINCIPIIOS FÍSICOS                                                                                          11

5. TABLA DE COLORES                                                                           13

BIBLIOGRAFÍA                                                                                                             14

INTRODUCCIÓN

A menudo se requiere de diferentes dispositivos y métodos que permitan controlar las temperaturas en el desarrollo de los procesos industriales y de instrumentación. Los riesgos y posibles errores en estos procesos, los cuales pueden ocasionar ligeros retrasos en la producción u otras consecuencias más graves, dependen de una adecuada medición de las temperaturas.

Uno de los dispositivos más utilizados en los procesos industriales para la medición de la temperatura termodinámica es el “Termopar”. Este dispositivo permite medir la temperatura mediante el uso de una corriente eléctrica que fluye entre dos metales distintos. Fue desarrollado luego de que el investigador y físico natural estonio-alemán Thomas Seebeck, en 1831, descubriera parte del efecto termoeléctrico, que fue denominado el efecto Seebeck, el cual consiste que “en un circuito cerrado formado por dos metales distintos fluye una corriente eléctrica cuando una de las dos uniones es calentada”.

La aplicación de los termopares en los procesos industriales y de instrumentación tiene diferentes ventajas, tales como:

• El costo de su implementación es reducido y se pueden intercambiar.
• Su respuesta a los elevados cambios de temperatura es rápida.
• Posee un alto nivel de precisión en la medición de la temperatura.
• Son versátiles en su uso,
• Según el tipo de material del que estén elaborados, pueden trabajar en un amplio rango de temperatura.

1. TERMOPARES

El termopar es un sensor de temperatura ampliamente utilizado en entornos industriales, domésticos, científicos, etc. Básicamente, consiste en dos metales o aleaciones de metales, diferentes y unidos en caliente por uno de sus extremos. En la unión se crea una diferencia de potencial que depende de la temperatura (efecto termoeléctrico), que comparada con la que se genera en otra unión similar sometida a condiciones térmicas de referencia, da una medida de la temperatura existente en la primera unión.

[pic 1]

Ilustración 1. Unión formada por dos hilos metálicos y protegidos por una vaina cerámica. Tomado de: https://www.uam.es/personal_pas/patricio/trabajo/segainvex/electronica/proyectos/curso_instrumentacion/sensores.pdf

Desde el punto de vista constructivo, la unión puede hacerse por contacto (arrollamiento), o soldadura. Para conseguir la inmunidad requerida frente al medio en función de los materiales y del ambiente de trabajo, el termopar puede aparecer al aire o incluido dentro de una vaina protectora (lo que resulta determinante en la velocidad de respuesta). En este último caso, la unión puede conectarse a la vaina (puesta a tierra) o quedar eléctricamente aislada

Para escoger los materiales que forman el termopar se deben tomar en cuenta algunos factores que garanticen su mantenimiento y comercialización. De esta forma se han desarrollado los siguientes tipos:

• COBRE - CONSTANTANO (TIPO T)

Están formados por un alambre de cobre como conductor positivo y una aleación de 60% de cobre y 40% de níquel como elemento conductor negativo. Tiene un costo relativamente bajo, se utiliza para medir temperaturas bajo o 0 °C. Y como límite superior se puede considerar los 350º C, ya que el cobre se oxida violentamente a partir de los 400º C.

• HIERRO – CONSTANTANO (TIPO J)

En este tipo de junta el hierro es electropositivo y el constantano electronegativo. Mide temperaturas superiores que el anterior ya que el hierro empieza a oxidarse a partir de los 700º C. No se recomienda su uso en atmósfera donde exista oxigeno libre. Tiene un costo muy bajo y esto permite que su utilización sea generalizada.

• CHROMEL -  ALUMEL (TIPO K)

Una aleación de 90% de níquel y 10% de cromo es el conductor positivo y un conductor compuesto de 94% de níquel, 2% de Aluminio, 3% de manganeso y 1% de Silicio como elemento negativo. Este termopar puede medir temperaturas de hasta 1200º C. Ya que el níquel lo hace resistente a la oxidación. Se los utiliza con mucha frecuencia en los hornos de tratamientos térmicos. Su costo es considerable lo que limita su utilización.

• PLATINO RODIO – PLATINO (TIPO R)

Tienen como conductor negativo un alambre de platino y como conductor positivo una aleación de 87% de platino con 13% de sodio. Este tipo de junta desarrollada últimamente con materiales de alta pureza son capaces de medir hasta 1500º C si se utilizan las precauciones debidas. Son muy resistentes a la oxidación pero no se aconseja su aplicación en atmósferas reductoras por su fácil contaminación con el hidrógeno y nitrógeno que modifican la respuesta del instrumento.

• PLATINO RODIO – PLATINO (TIPO S)

El conductor positivo es una aleación de 90% de platino y 10% de Rodio mientras que conductor negativo es un alambre de platino. Sus características son casi similares al termopar anterior con la diferencia que no puede usarse a temperaturas elevadas porque los metales no son de alta pureza produciendo alteraciones de la lectura a partir de los 1000º C. en adelante.

• MOLIBDENO – RENIO

Fue desarrollado recientemente y se utiliza para temperaturas inferiores a los 1650º C. Se recomienda usarlos en atmósferas inertes, reductoras o vacías ya que el oxígeno destruye al termopar.

• TUNSTENO – RENIO

 Al igual que el anterior fue recientemente creado y no tiene datos normalizados de temperatura y mili voltajes. Puede medir temperaturas de hasta 2000º C, el oxígeno y los cambios bruscos de temperaturas destruyen al termopar. Funcionan perfectamente en atmósferas reductoras e inertes si se los protege con funda cerámicas

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• IRIDIO – IRIDIO RODIO

Puede medir como máximo 2.000 °C. Su uso es recomendable en atmósferas oxidantes que contienen oxigeno libre. El Hidrógeno produce alteraciones permanentes en el termopar, reduciendo además su vida útil. TUNGSTENO – TUNGSTENO RENIO Tiene igual utilización que el tungsteno – renio con la única diferencia que genera mayor mili voltaje por grado. En la siguiente gráfica se muestra el mili voltaje generado por los termopares a diversas temperaturas de su junta caliente y con su junta fría a una temperatura de referencia de 32º F o 0 °C.

1. PARTES DE LOS TERMOPARES

Un termopar consiste de un par de conductores de diferentes metales o aleaciones (termopar o termoelementos); uno de los extremos, la junta de medición está colocado en el lugar donde se ha de medir la temperatura. Los dos conductores (termoelementos) salen del área de medición y terminan en el otro extremo, la junta de referencia. Se produce entonces una fuerza electromotriz (fem) que es función de la diferencia de temperatura entre las dos juntas (figura 1). Dado que el principio de medición se basa en la diferencia de temperatura entre la junta de medición y la de referencia, la temperatura en la junta de referencia debe ser conocida y constante. De no ser esto posible, dicha temperatura deberá ser determinada por un segundo sensor.

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