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CONTROL DE PROCESOS CODIGO: AE6010

LABORATORIO N° 04 “SENSORES DE TEMPERATURA”

Alumnos: Grupo Semestre Fecha de entrega

1.- Carrillo Malco, Jeimy Alonso 2.- Jove Cáceres, Boris Yeltsein 3.- Ugarte Condori, Jose Carlos Prof. Calizaya Fuentes, Santos : VI Naval : 24 09 19 Hora: : A

Nota:

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CONTROL DE PROCESOS Tema :

Sensores de Temperatura Nota:

Departamento de Electricidad y Electrónica

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.



Cámara térmica.



RTD PT – 100.



Termopar tipo “J” y tipo “K”.



Multímetro

INFORMACION TEORICO

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 continuado a 800 °C no presenta problemas, su principal inconveniente es la rápida oxidación que

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Grupo

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Lab. Nº

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.

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Grupo

Fecha:

Lab. Nº

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Grupo

Fecha:

Lab. Nº

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Grupo

Departamento de Electricidad y Electrónica

IV.

Fecha:

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(Nom. )

GRAFICAS TERMOPAR TIPO “J”

24.6

0.0

1.17

28

0.1

1.43

35

0.3

1.79

40

0.45

2.05

45

0.65

2.32

50

0.8

2.58

1.5

55

0.9

2.84

1

60

1.4

3.115

NOTA: No es necesario completar todas las casillas.

Gráfica de termopar J DDP x DDP nominal 3.5 3 2.5 2

0.5 0 1

2

3

4 DDP

5

6

7

8

-DDP- (Nom.)

Explique a que se debe la diferencia entre los gráficos obtenidos, fundamente sus respuestas: Se tiene por entendido un probable desgaste y/o mal funcionamiento de nuestro termopar, dado la similitud, en el caso del termopar K el cual no llego a funcionar, otra razón por la alta diferencia entre los resultados del valor nominal están en el uso del multímetro, no era específico y contaba para la medición en mV (mini voltios) solo un decimal, además se denota una falla en los resultados por la cámara térmica la cual tenía índices lentos tanto para su calentamiento como enfriamiento, siendo este último no muy útil debido a que no lograba enfriar, al contrario, dejaba totalmente al equipo calentar aún más de lo ya esperado.

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Grupo

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EVIDENCIA DEL TERMOPAR TIPO J

Lab. Nº

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Grupo

Fecha:

DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN (P&ID) DEL CIRCUITO DESARROLLADO

T (°C)

DDP

-DDP(Nom. )

GRAFICAS TERMOPAR TIPO “K”

Lab. Nº

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Departamento de Electricidad y Electrónica

Grupo

Fecha:

Lab. Nº

NOTA: No es necesario completar todas las casillas.

EVIDENCIA DEL SENSOR TIPO “K”

DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN (P&ID) DEL CIRCUITO DESARROLLADO

2. 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 Pt-100, 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

Grupo

Departamento de Electricidad y Electrónica

T (°C) 24.6 28.7 30 33.3 35.4 40 45 50 55 60

R (Ohm) 110.2 111.5 112.1 112.7 112.2 113.3 113.6 114.6 115.5 116.9

R (Ohm Nom.) 109.35 110.9 111.67 113.61 113.61 115.54 117.47 119.4 121.32 123.24

Fecha:

04

Lab. Nº

GRAFICA RTD Pt-100 125

118

120

116 114

115

112

110

110

105

108

100

106 24.6 28.7

30

33.3 35.4

40

45

50

55

T (°C)

R (Ohm)

EVIDENCIA DEL SENSOR RTD PT - 100

DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN (P&ID) DEL CIRCUITO DESARROLLADO

R (Ohm Nom.)

60

R (OHM)

Nota:

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Grupo

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Lab. Nº

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Sensores de Temperatura Nota:

V.

a.

Departamento de Electricidad y Electrónica

Grupo

Fecha:

Lab. Nº

CUESTIONARIO

¿Diga en términos comparativos cuáles son sus conclusiones sobre los dispositivos estudiados? ¿Qué opina de la repetibilidad de estos dispositivos? En sí, para definir a los equipos, queda demostrado por medio de las pruebas que la “repetibilidad” se puede diferenciar en cuanto a construcción y además condiciones de funcionamiento, tomando en cuenta el ambiente, pero en caso de la medición en sí se encuentra que en su gran mayoría comparten resultados casi similares y esto debido a que todos comparten el mismo labor de definir parámetros de temperatura, aunque otros como el PT100 sea más preciso y realice los cálculos por su cuenta, los termopares no es más que una de las partes que compone al transductor mencionado en principio. Los equipos rinden correctamente si se encuentran en las condiciones de trabajo idóneas y, mayoritariamente, se mantiene un régimen de medición normalizado, en tanto en los resultados no se hallaron picos excesivos de distorsión, esto corroborado gracias a las gráficas lineales realizadas.

b.

¿Cuáles son los fenómenos físicos térmicos que ocurren en los termopares? Los termopares consisten en dos hilos metálicos de diferentes materiales, unidos en un extremo. Esta unión constituye el punto de medición (junta caliente, hot junction). El otro extremo se llama junta fría (cold junction). El calentamiento de la junta de medición provoca una tensión eléctrica, aproximadamente proporcional a la temperatura. (Efecto termoeléctrico, efecto Seebeck). Esta tensión (fuerza electromotriz F.E.M.) se debe a dos factores: la densidad de electrodos diferentes de los dos materiales y de la diferencia de temperatura entre punto caliente y punto frio. Esto significa que un termopar no mide la temperatura absoluta sino la temperatura diferencial entre: T1 junta caliente (hot junction) T2 junta fría (cold junction) Dado que la medición de la tensión eléctrica se suele realizar en temperatura ambiental, el valor de tensión indicaría un valor de temperatura demasiado bajo ya que se resta la temperatura ambiental.

c.

Proponga una aplicación industrial empleando uno de los dispositivos estudiados donde se evidencie la conexión de dos o más sensores en paralelo. Realice un esquema y explique de qué manera lo haría.

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VI.

Grupo

Fecha:

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OBSERVACIONES, CONCLUSIONES Y APLICACIONES INDUSTRIALES

Conclusiones y Observaciones de Boris Jove    



Se logro identificar el principio de funcionamiento y características constructivas de un termopar. Identificamos el principio de funcionamiento y características constructivas de un RTD pt100. Se logro diferenciar los principios constructivos de los diferentes termopares, tipo J tipo K y el RTD PT 100. El RTD PT 100 esta construido de platino que la resistencia ira cambiando conforme varíe la temperatura en su punto de medición en donde nos brinda una resistencia de 100 ohm cuando este se encuentra a 0 grados centígrados. Realizamos la interpretación de las tablas de referencia de termopares en general.

Conclusiones y Observaciones de Jose Ugarte  

Se aprendió el funcionamiento de los termopares, así como sus rangos de distorsión entre los valores nominales con los realizados en prueba. Se logró identificar las partes importantes del termopar, así como datos de fabricante, tipos en el mercado, precio entre otros.



Se utilizó una cámara de calor con un módulo de control para el trabajo de medición de parámetros de temperatura, asimismo, se realizó las acciones de calentamiento y enfriamiento.



Se tomó los datos obtenidos por el termopar tipo J y se denotó los problemas en sus resultados por medio de un multímetro.



Se tomó en referencia el valor de temperatura ambiente como valor principal para este laboratorio. Se denotó una falla en la toma de datos del termopar, teniendo en consideración el hecho que el multímetro utilizado no entrega muchos valores decimales y no parece corresponder bien a las señales enviadas por el sensor.



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Lab. Nº

Sensores de Temperatura

PROYECTO SEMESTRE

Grupo

Fecha:

GRUPO

FECHA LISTA DE MATERIALES

ITEM

DESCRIPCION

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 LISTA DE HERRAMIENTAS Y EQUIPOS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

UNIDAD CANT.

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Grupo

Fecha:

Lab. Nº

COSTO DE MATERIALES ITEM UNIDAD

DESCRIPCION

PRECIO CANT. UNIT. S/.

1

2

3

4

5

6

TOTAL S/.

PRECIO TOTAL S/.

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TERMOCUPLA TIPO

J

Grupo

Fecha:

Lab. Nº

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Grupo

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Lab. Nº

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TERMOCUPLA TIPO

K

Grupo

Fecha:

Lab. Nº

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RTD- PT 100

FIN DEL DOCUMENTO

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Fecha:

Lab. Nº

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