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IACP INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL CODIGO: IIN 2008-I

LABORATORIO N° 04 “SENSORES DE TEMPERATURA”

1.- ARANA MEDINA DIEGO HANS Alumnos:

2.- CRUZ CACERES RUBEN 3.- VILCA PACO ROLANDO

Grupo

:

Módulo

:

Fecha de entrega

:

Alex Tapia Hora:

Nota:

Nro. DD-106 Página 1 / 13

IACP-INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL Tema :

Sensores de Temperatura Nota:

App./Nom.:

I.

Grupo

Fecha:

04

Lab. Nº

OBJETIVOS:

II.



Identificar el principio de funcionamiento y características constructivas de un termopar.



Identificar el principio de funcionamiento y características constructivas de un RTD.



Interpretar tablas de referencia de termopares en general.

MATERIAL Y EQUIPOS:

III.



Cámaras térmicas.



RTD PT – 100.



Termopar tipo “J” y tipo “K”.



Multímetro



Display

INFORMACION TEORICA

Un termopar (también

llamado termocupla)

es

un transductor formado

por

la

unión

de

dos metales distintos que produce una diferencia de potencial muy pequeña (del orden de los mili voltios) que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado «punto caliente» o «unión caliente» o de «medida» y el otro llamado «punto frío» o «unión fría» o de «referencia» (efecto Seebeck). Normalmente los termopares industriales están compuestos por un tubo de acero inoxidable u otro material. En un extremo del tubo está la unión, y en el otro el terminal eléctrico de los cables, protegido dentro de una caja redonda de aluminio (cabezal).

Tipos 

Tipo K (cromel/alumel): con una amplia variedad aplicaciones, está disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas. El cromel es una aleación de Ni-Cr, y el alumel es una aleación de NiAl. Tienen un rango de temperatura de –200 °C a +1372 °C y una sensibilidad 41 µV/°C aproximadamente. Posee buena resistencia a la oxidación.



Tipo E (cromel/constantán [aleación de Cu-Ni]: no son magnéticos y gracias a su sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito criogénico. Tienen una sensibilidad de 68 µV/°C.



Tipo J (hierro/constantán): su rango de utilización es de –270/+1200 °C. Debido a sus características se recomienda su uso en atmósferas inertes, reductoras o en vacío, su uso

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Tema :

Sensores de Temperatura Nota:

App./Nom.:

Grupo

Fecha:

Lab. Nº

continuado a 800 °C no presenta problemas, su principal inconveniente es la rápida oxidación que sufre el hierro por encima de 550 °C; y por debajo de 0 °C es necesario tomar precauciones a causa de la condensación de vapor de agua sobre el hierro. 

Tipo T (cobre/constantán): ideales para mediciones entre -200 y 260 °C. Resisten atmósferas húmedas, reductoras y oxidantes y son aplicables en criogenia. El tipo termopar de T tiene una sensibilidad de cerca de 43 µV/°C.



Tipo N (nicrosil [Ni-Cr-Si]/nisil [Ni-Si]): es adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidación de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S, que son más caros.

Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los más estables, pero debido a su baja sensibilidad (10 µV/°C aprox.) generalmente son usados para medir altas temperaturas (superiores a 300 °C). 

Tipo B (Pt-Rh): son adecuados para la medición de altas temperaturas superiores a 1800 °C. Los tipo B presentan el mismo resultado a 0 °C y 42 °C debido a su curva de temperatura/voltaje, limitando así su uso a temperaturas por encima de 50 °C.



Tipo R (Pt-Rh): adecuados para la medición de temperaturas de hasta 1300 °C. Su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado precio quitan su atractivo.



Tipo S (Pt/Rh): ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1300 °C, pero su baja sensibilidad (10 µV/°C) 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 calibración universal del punto de fusión del oro (1064,43 °C).

Los termopares con una baja sensibilidad, como en el caso de los tipos B, R y S, tienen además una resolución menor. La selección de termopares es importante para asegurarse que cubren el rango de temperaturas a determinar.

04

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Sensores de Temperatura Nota:

Grupo

App./Nom.:

IV.

Fecha:

04

Lab. Nº

PROCEDIMIENTO: (utilizar las tablas que se encuentran al final de este documento) 1.

CARACTERÍSTICAS DEL ELEMENTO TERMOPAR TIPO J y TIPO K. Proceda de la siguiente manera para el caso del termopar tipo J y tipo K: a. Registre en la siguiente tabla los potenciales obtenidos en los extremos del termopar, para un rango de temperatura entre 25 °C y 60 °C. b. Grafique los puntos registrados experimentalmente con color azul o verde y los valores nominales esperados con color rojo. c. Compare las gráficas y determine el potencial aportado por las uniones frías.

T (°C)

DDP

DDP DDP DE (Nom. BAJADA )

25

0.1

1.277

0.1

30

0.3

1.536

0.3

35

0.4

1.797

0.4

40

0.6

2.058

0.7

45

0.9

2.321

0.8

50

1.0

2.585

0.9

55

1.1

2.849

1.3

60

1.3

3.115

1.4

NOTA: No es necesario completar todas las casillas.

GRAFICAS TERMOPAR TIPO “J”

TABLA 1 140 120 100 80 60 40 20 0 0

10

20

30

R (Ohm)

Explique a que se debe la diferencia entre los gráficos obtenidos:

Las gráficas no coinciden porque el sensor no está calibrado.

40

50

R (Ohm Nom.)

60

70

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Sensores de Temperatura Nota:

Grupo

App./Nom.:

Fecha: T (°C)

DDP

DDP (Nom.)

DDP de bajada.

25 30 35 40 45 50 55 60

0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

1.000 1.203 1.366 1.611 1.776 2.022 2.229 2.436

0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5

Lab. Nº

GRAFICAS TERMOPAR TIPO “K”

TABLA 2 140 120 100 80 60 40 20 0 0

10

20

30 R (Ohm)

2.

40

50

60

70

R (Ohm Nom.)

CARACTERÍSTICA RESISTENCIA VS. TEMPERATURA DE UN RTD Pt-100

a. Registre en la siguiente tabla los valores óhmicos de la resistencia obtenidos en los extremos del RTD Pt100, para un rango de temperatura entre 25 °C y 60 °C (procure registrar 10 valores diferentes). Consigne simultáneamente los valores nominales esperados. b. Grafique los puntos registrados experimentalmente con color azul o verde y los valores nominales esperados con color rojo. c. Compare las gráficas y determine el error aportado por la resistencia del cable y/o los contactos defectuosos del ohmímetro.

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Sensores de Temperatura Nota:

R (Ohm Nom.)

a.

Fecha:

04

Lab. Nº

GRAFICAS RTD Pt-100

T (°C)

R (Ohm)

25

109.1

109.74

30

110.2

111.67

35

111.2

113.61

40

112.4

115.54

100

45

113.2

117.47

80

50

113.9

119.40

60

55

117.1

121.32

60

119.2

123.40

NOTA: No es necesario completar todas las casillas.

V.

Grupo

App./Nom.:

TABLA 3 140 120

40 20 0 0

10

20

30

R (Ohm)

40

50

60

70

R (Ohm Nom.)

CUESTIONARIO

¿Diga en términos comparativos cuáles son sus conclusiones sobre los dispositivos estudiados? ¿Qué opina de la repetibilidad de estos dispositivos?

En general, los termopares son mejores que los RTDs cuando se trata de coste, robustez, velocidad de medición y la gama de temperaturas que se pueden medir usando ellos. La mayoría de los termopares cuestan 2,5 a 3 veces menos que los RTD y aunque la instalación de RTD es más barata que la instalación de termopar, los ahorros en los costos de instalación no son suficientes para inclinar la balanza. Además, los termopares están diseñados para ser más duraderos y reaccionar más rápido a los cambios de temperatura debido a ese mismo diseño. Sin embargo, el principal punto de venta de los termopares es su rango. La mayoría de los RTD están limitados a una temperatura máxima de 1000 grados Fahrenheit. En contraste, ciertos termopares pueden usarse para medir hasta 2700 grados Fahrenheit. b.

¿Cuáles son los fenómenos físicos térmicos que ocurren en los termopares?

El principio físico que utilizan los termopares para medir la temperatura es el efecto termodinámico Seebeck: al unir dos hilos conductores de diferentes materiales formando un circuito cerrado, si se exponen las uniones a diferentes temperaturas se genera una corriente eléctrica continua.

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Tema :

Sensores de Temperatura Nota:

c.

App./Nom.:

Grupo

Fecha:

Lab. Nº

Proponga al menos una aplicación industrial para cada tipo de dispositivo estudiado y realice su diagrama eléctrico. 

Tipo J. Utilizan una combinación de Hierro – Constatan (una aleación de cobre y níquel). Tiene un rango de 0° C a 750° C. Su uso es limitado en entornos oxidantes a altas temperaturas y no se recomienda para las temperaturas bajas.



Tipo K. Cuentan con una combinación de Chromega (aleación de níquel y cromo) – Alomega (aleación de níquel y aluminio). Con un rango de medición de -200° C a 1 250° C. Tiene un uso limitado en vacío o atmósferas reductoras. Dispone de un amplio rango de temperatura, la cual es la calibración más popular.



Tipo RTD. Sondas Pt100 con conector din para conexionado rápido. Este tipo de montaje es ideal para su montaje en todo tipo de maquinaria que necesite un conexionado fácil y muy rápido. Estos sensores nos permiten economizar espacio debido a su pequeño cabezal de conexión, asi como colocar un convertidor 4-20 mA intermedio para salida de señal analógica.

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Tema :

Sensores de Temperatura Nota:

VI.

App./Nom.:

Grupo

Fecha:

Lab. Nº

OBSERVACIONES, CONCLUSIONES Y APLICACIONES

Se dedujo que la termocupla, también llamado termopar, es un dispositivo especial que se utiliza para medir las temperaturas extremas o de gran alcance. Los termómetros estándar funcionan bien en temperaturas normales, pero no soportan temperaturas extremadamente calientes o frías. Un termopar, por otro lado, puede medir temperaturas por encima desde los 1800 grados centígrados hasta medir cerca de una temperatura cercana a los 0 grados. La desventaja es que los termopares a menudo son menos precisos que otros dispositivos para medir la temperatura.

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Tema :

Sensores de Temperatura Nota:

Grupo

App./Nom.:

Fecha:

Sensores de Temperatura

PROYECTO SEMESTRE

Lab. Nº

GRUPO

FECHA LISTA DE MATERIALES

ITEM

DESCRIPCION

UNIDAD CANT.

1 PT-100

1

2 Multímetro Fluke 87 V

1

3 Modulo calefactor de 40 w

1

4 Termocupla tipo k

1

5 Termocupla tipo J

1

6 7 8 9 10 LISTA DE HERRAMIENTAS Y EQUIPOS 1 Cámaras térmicas.

1

2 RTD PT – 100.

1

3 Termopar tipo “J” y tipo “K”.

1

4 Multímetro

1

5 Display 6 7 8 9 10

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IACP-INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL Tema :

Sensores de Temperatura Nota:

App./Nom.:

Grupo

Fecha:

Lab. Nº

COSTO DE MATERIALES ITEM UNIDAD

DESCRIPCION

PRECIO CANT. UNIT. S/.

PRECIO TOTAL S/.

1 PT-100

40.00

40.00

Multímetro Fluke 87 V

120.00

120.00

Modulo calefactor de 40 w

240.00

240.00

Termocupla tipo j

431.00

431.00

Termocupla tipo K

450.00

450.00

2

3

4

5

6

TOTAL S/. 1041.00

04

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Tema :

Sensores de Temperatura Nota:

App./Nom.:

TERMOCUPLA TIPO

J

Grupo

Fecha:

Lab. Nº

04

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Tema :

Sensores de Temperatura Nota:

App./Nom.:

TERMOCUPLA TIPO

K

Grupo

Fecha:

Lab. Nº

04

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Tema :

Sensores de Temperatura Nota:

App./Nom.:

RTD- PT 100

FIN DEL DOCUMENTO

Grupo

Fecha:

Lab. Nº

04