• Author / Uploaded
• YeisOn Gil

• Categories
• Termopar
• Cantidades físicas
• Electromagnetismo
• Electricidad
• Ingeniería de construcción

Citation preview

CONTROL DE PROCESOS CODIGO: AE6010

LABORATORIO N° 04

“SENSORES DE TEMPERATURA”

Guevara Bobadilla Daniel Angeló Alumno (os):

Gil Gil Yeison Alejandro Cruz Ariaz Arnold

Grupo

:

D

Semestre

:

VI

Fecha de entrega

Profesor: Ing. Marco Arcos

: 10 04 18 Hora:

3:00pm

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR

Nota:

ANALISIS DE TRABAJO SEGURO

“Control de procesos” Medición de Temperatura

Nro. DD-106 Página 1/14

1. OBJETIVOS 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.

2. MATERIAL Y EQUIPOS Cámaras térmicas. RTD PT – 100. Termopar tipo “J” y tipo “K”. Multímetro Display

IMAGEN

Equipos de medicion de Temperatura NOMBRE Y TIPO DE SENSOR

1

Termocupla tipo k

2

CARACTERISTICAS -Presenta una alimentación tipo clavija. -Cuenta con un acabado cómodo de usar con un mango de plástico. -Puede funcionar ideal como para zonas profundas - Rango de -40 a 1090° c - Tipo k.

-Presenta una alimentación tipo

RTD

3

Termoculpla tipo J

cocodrilo -El acabado de un sensor tipo RTD es parecida a la de una llave de gas -Su acabado es de metal -Para mayores uso en zonas de poca profundidad - Tipo PT-100.

El Termopar tipo J (hierro/constantán) es un termopar común de uso general con un rango de temperatura de aproximadamente −40 a +750 °C y una sensibilidad de 55 µV/°C. El color de cable estándar es blanco (+) y rojo (-)

4

Digital thermometer GTH 1150

Medidor de temperatura greisinger GTH 1150 C -50 a hasta + 1150 °C Tipo de sensor K

“Control de procesos” Medición de Temperatura

Nro. DD-106 Página -

3. 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 Ni-Al. 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 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).

Nro. DD-106 Página -

“Control de procesos” Medición de Temperatura

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.

4. PROCEDIMIENTO 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.

DDP

DDP (Nom.)

25

0

1.277

28

0.1

1.432

31

0.2

1.588

36

0.3

1.849

40

0.3

2.058

45

0.4

2.321

48

0.4

2.479

52

0.6

2.691

56

0.7

2.902

63

0.8

3.275

66

0.9

3.435

73

1

3.809

T (°C)

NOTA: No es necesario completar todas las casillas.

GRAFICAS TERMOPAR TIPO

“J”

Nro. DD-106 Página -

“Control de procesos” Medición de Temperatura Análisis de resultados de termopar tipo “J”:

Se puede observar que el valor medido dista mucho del valor dado por el fabricante. Esto se debe a que los voltajes se midieron con el voltímetro que no poseía los cables adecuados (cable de cobre simple) para medir el voltaje de la termocupla. El otro inconveniente es que el transductor (en este caso el voltímetro) no ha sido diseñado para medir los voltajes de la termocupla. Finalmente al medir la temperatura del calefactor a través de otra termocupla altero las mediciones. Todos estos factores sumaron para que las gráficas no coincidan en su totalidad.

T (°C)

DDP (Nom.)

DDP

28

0.2

1.122

31

0.4

1.244

34

0.6

1.366

37

0.7

1.489

40

1

1.611

42

1.1

1.693

44

1.2

1.776

48

1.7

1.94

52

1.8

2.105

53

2.1

2.146

55

2.4

2.229

58

2.5

2.353

60

2.8

2.436

NOTA: No es necesario completar todas las casillas.

GRAFICAS TERMOPAR TIPO

“K”

Grafica Termopar tipo"K" 3 2.5 2 DDP (Nom.)

1.5

DDP 1 0.5 0 28 31 34 37 40 42 44 48 52 53 55 58 60

Análisis de resultados de termopar tipo “K”: Se puede observar que el valor medido está un poco más cerca que el los valores del fabricante. Esto se debe a que los voltajes se midieron con el voltímetro que no poseía los cables adecuados (cable de cobre simple) para medir el voltaje de la termocupla. El otro inconveniente es que el transductor (en este caso el voltímetro) no ha sido diseñado para medir los voltajes de la termocupla. Pero se puede apreciar que el termopar tipo “K” es más preciso que el anterior termopar debido a que sus medidas comienzan a tener valores semejantes a los de fabricante es por eso que su línea de tendencia son casi idénticas caso contrario al anterior que eran totalmente distintas.

“Control de procesos” Medición de Temperatura

Nro. DD-106 Página -

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.

R (Ohm)

R (Ohm) nominal

26

114

110.12

32

117

112.45

35

121

113.61

T (°C)

GRAFICAS RTD Pt-100

RTD PT-100 160 140

39

130

115.16

43

133

116.7

46

134

117.86

120 100 80 60

50

138

119.4

40

53

140

120.55

20

56

143.8

121.71

60

145

123.24

R (Ohm) R (Ohm Nom.)

0

NOTA: No es necesario completar todas las casillas.

Análisis de resultados de RTD PT-100: Al recordar que el RTD nos mide temperatura entregándonos valores en resistencia, se puede apreciar en la toma de datos que los valores medidos se acercan un poco a los valores del fabricante sin embargo no son los que se quieren ya que este RTD tiende a medir valores de temperaturas mayores por lo que no es preciso para temperaturas pequeñas, se puede apreciar también su grafica la nominal tiene valores relativamente pequeños a la medida pero su tendencia de la línea es similar , lo que quiere decir que está midiendo con pequeños porcentajes de error lo cual con un calibrador de temperatura se podría estabilizar al nominal.

Ensayo de medición de temperatura con RTD-PT100

Ensayo de medición de temperatura con termopar tipo “K”

5.

Ensayo de medición de temperatura con termopar tipo “J”

“Control de procesos” Medición de Temperatura

PROCEDIMIENTO Y EVIDENCIAS: Procedimiento

Nro. DD-106 Página -

“Control de procesos” Medición de Temperatura

Nro. DD-106 Página -

6.

CUESTIONARIO

a.

¿Diga en términos comparativos cuáles son sus conclusiones sobre los dispositivos estudiados? ¿Qué opina de la repetibilidad de estos dispositivos? Considerando el error relativo de las medidas respecto a los valores nominales del fabricante para el rango de temperaturas (25ºC-60ºC) en las que se efectuaron las mediciones se obtiene la siguiente gráfica:

En el eje de las abscisas se muestra la temperatura en ºC y en el eje de las ordenadas el error relativo en porcentaje. Se observa que un sensor de temperatura tipo RTD posee menor error que las del tipo K y J. Mientras que el del tipo J presenta los valores más altos de error. Se concluye que el sensor tipo RTD arroja valores más exactos, seguido del tipo K y finalmente el tipo “J”.Debido a los factores antes mencionados como el de cables de conexión o el voltímetro, no se obtienen valores similares entre los tres tipos de sensores. b.

¿Cuáles son los fenómenos físicos térmicos que ocurren en los termopares? El fenómeno descripto por Seebeck ocurre por la combinación de dos efectos termoeléctricos combinados, el efecto Peltier y el efecto Thomson: 1. Peltier: El efecto Peltier produce una f.e.m en la junta de dos metales diferentes. Esta fem depende de la temperatura y del par de metales que forman la junta. La unión de los metales debe ser en un contacto íntimo, pero, no necesariamente soldada.

2. Thomson: El efecto Thomson da la relación entre la fem generada en un conductor homogéneo simple y la diferencia de temperatura entre sus extremos. Esta fem crece con la diferencia de temperaturas y depende del metal en cuestión

“Control de procesos” Medición de Temperatura c.

Nro. DD-106 Página -

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

Termo cúpula tipo J Mediciones de 0 a 700 °C Industria del plástico y goma (extrusión e inyección) Medición en tambores rotatorios con termocupla de contacto. Temperatura de motores ( carcaza ) con termocupla autoadhesiva. Procesos en general donde el sensor está sometido a vibración. Termo cúpula tipo K Fundición de metales hasta 1300°C (no ferrosos) Hornos en general Usar cuando hay que poner las termocuplas en vainas muy delgadas Por ejemplo en agujas de una jeringa para tomar temperatura en el interior de una fruta. RTD Por su importancia en los procesos de producción la medición, control y automatización de la temperatura merece atención especial ya que la correcta operación de maquinaria y elementos está en función de la selección adecuada de sensores, controladores y actuadores. La medición de la temperatura se ha venido haciendo desde hace muchos años con termopares y rtd. Ambos elementos son altamente confiables y presentan una relación aceptable entre precio y vida útil. Cada proceso industrial merece una valoración precisa y personalizada debido a que los métodos y formas de fabricar varían según el ramo, la industria, entre otras. Los termopares son los sensores de temperatura de uso más frecuente para la medición de la temperatura en procesos tan variados como: procesamiento del plástico, alimentos, vidrio, generación de energía entre muchos otros. En forma general y primaria la selección de un termopar está en función de la temperatura máxima a medir: Termopares de uso general ( 0 a 400 ºC) Termopares industriales (-200 a 700ºC) Cerámicos (0 a 1250ºC)

“Control de procesos” Medición de Temperatura

Diagrama P&ID

Circuito eléctrico

Circuito eléctrico y diagrama P&ID del ensayo en laboratorio:

Imagen N° 4: Medición de temperatura con RTD Fuente: Propia

Nro. DD-106 Página -

Nro. DD-106 Página -

“Control de procesos” Medición de Temperatura

7. DESCRIPCIÓN Y PRESUPUESTO DE MATERIALES

FUNDAMENTOS DE MEDICIÓN

PROYECTO REALIZADO POR: SEMESTRE

Gil Gil Yeison Alejandro VI

GRUPO

“D”

FECHA

03

04

18

LISTA DE MATERIALES ITEM

DESCRIPCION

UNIDAD CANT

1

Sensor de temperatura tipo RTD

1

1

2

Termocupla tipo J

1

1

1

1

1 Digital thermometer GTH 1150

1

1

2 Multimetro (Fluke 115)

1

1

3 Calefactor

1

1

3 Termocupla tipo K 4 LISTA DE HERRAMIENTAS Y EQUIPOS

COSTO DE MATERIALES I TEM

UNIDAD 1

UND

2

UND

3

UND

4

UND

5

UND

6

UND

DESCRIPCION

Multímetro digital FLUKE 115 TRUE RMS MULTIMETER

CANT.

PRECIO UNIT. S/.

1

1499

1499

150

150

80

80

50

50

1

RTD PT-100 Termocupla tipo J

1

Termocupla tipo K

1

TOTAL S./

PRECIO TOTAL S/.

1779

“Control de procesos” Medición de Temperatura

Nro. DD-106 Página -

8. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

OBSERVACIONES: Si es que se olvidó u omitió medir la resistencia o voltaje a determinada temperatura cuando esta ascendía, recordar que siempre se puede hacer la medición cuando la temperatura descienda. Al cambiar de medición por tipo de sensor dejar enfriar el calefactor o encender el ventilador. Recordar que el voltímetro fluke posee la capacidad de medir mili voltios. Siempre debemos ver el estado de nuestros materiales para que no tengamos complicaciones con el laboratorio. Las termocuplas al momento de calentar debemos tener cuidado ya que podemos tener accidentes de quemadura. Debemos alimentar con una fuente de 220 v, ya que si no lo hacemos podemos quemar nuestros equipos. Se debe aislar los trabajos en caliente con la tensión eléctrica o cables de equipos No se debe tocar el calefactor cuando está demasiado caliente y utilizar el ventilador.

CONCLUSIONES: Se concluye que el sensor tipo RTD arroja valores más exactos, seguido del tipo K y finalmente el tipo J Se aprendió a interpretar las tablas de termopares, en estas se indican los valores de resistencia y voltaje que se deberían para cada medición de temperatura. El sensor tipo RTD arroja valores de resistencia, mientras que los tipo J y K arrojan valores en mili voltios. Para instalar los sensores de temperatura es necesario tener en cuenta los transductores y cables de conexión, estos pueden influenciar enormemente las mediciones de temperatura. A través de la experimentación pudimos identificar el funcionamiento y características de un RTD. También se pudo hacer el funcionamiento y dar con las características de un termopar. A través de este laboratorio se pudo distinguir los tipos de termocuplas que usamos en el laboratorio. Comprobamos que los termopares industriales están compuestos por un tubo de acero inoxidable. 9. BIBLIOGRAFIA https://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1mica http://www.pce-iberica.es/instrumentos-de-medida/sistemas/sensores-temperatura.htm https://la.flukecal.com/products/process-calibration-tools/temperature-calibrators

Nro. DD-106 Página -

“Control de procesos” Medición de Temperatura

Rúbrica VI

Ciclo:

Control de procesos

Curso:

Resultado:

Trabajan eficazmente en equipo

Capacidad terminal:

Medicion de temperatura Fundamentos de Medición

Actividad:

Gil Gil Yeison Guevara Bobadilla Daniel Cruz Arias Arnold

Alumno: Observaciones

Semana:

Sección:

D

Periodo:

2018-I

Docente: M. Arcos Fecha:

10 04 2018

NO

SI

Documentos de Evaluación Hoja de Trabajo Informe Técnico

Archivo informático Planos Excelente

Bueno

Requiere Mejora

No aceptable

Llenado de ATS en forma Coherente

2

1.5

1

0

Planificación del trabajo (diagrama de Gantt)

2

1.5

1

0

Ejecución del Trabajo (dibujo de curvas, llenado de tablas, etc.)

3

2

1

0

Participación en clase, trabajo grupal.

3

2

1

0

Realiza mediciones coordinadamente y sin errores. Asume la responsabilidad del uso adecuado de los instrumentos, herramientas y el material.

2

1.5

1

0

Presenta lista de materiales, herramientas y costos

2

1.5

1

0

Presenta un informe coherente, ordenado, sin faltas ortográficas ni de redacción, incluye anexos (videos, evidencia, hojas de datos)

3

2

1

0

Presenta conclusiones, industriales

3

2

1

0

CRITERIOS A EVALUACIÓN

observaciones

y

aplicaciones

X Puntaje Logrado

Puntaje Total

Comentarios al o los alumnos: (De llenado obligatorio) Excelente Bueno Requiere mejora No Aceptable

Descripción Completo entendimiento del problema, realiza la actividad cumpliendo todos los requerimientos. Entendimiento del problema, realiza la actividad cumpliendo la mayoría de requerimientos. Bajo entendimiento del problema, realiza la actividad cumpliendo pocos de los requerimientos. No demuestra entendimiento del problema o de la actividad.