• Author / Uploaded
• slashFER

• Categories
• Termopar
• Química
• Materiales
• Ingeniería de construcción
• Sustancias químicas

Citation preview

Sensores Industriales SENSORES DE TEMPERATURA Son instrumentos especialmente diseñados para detectar esta manifestación energética y convertirla en una señal eléctrica representativa. Calor Ganado o Perdido por un cuerpo

Calor Sensible m

Escalas de Temperatura

RA – Grados Reaumur R – Grados Rankine

Sensores Industriales Termopares

E

Termopar del tipo K

J K El Efecto Seebeck R S T

eAB = Voltaje Seebeck

Sensores Industriales Medición práctica de temperatura utilizando termopares

Voltímetro

Sensores Industriales Leyes Empíricas de los Termopares

I. II. IV.

Ley de los Metales Intermedios. Ley de los Metales Homogéneos o Ley de las Temperaturas Interiores Ley de las Temperaturas Sucesivas.

• Ley de los Metales Intermedios Un tercer metal insertado entre otros dos metales diferentes no tendrá ningún efecto sobre la diferencia de potencia de salida, siempre que las dos uniones formadas por el metal adicional se encuentren a la misma temperatura.

• Ley de las Temperaturas Interiores Una unión formada con dos metales iguales no generará diferencia de potencial alguna, ello sin importar el grado de calor aplicado desde una fuente externa.

Sensores Industriales Leyes Empíricas de los Termopares • Ley de los Metales Insertados

Un conductor de un metal disímil inserto dentro de otro conductor diferente no generará una diferencia de potencial que altere la diferencia de potencial de salida, siempre y cuando ambas uniones se encuentren a la misma temperatura.

Sensores Industriales Termopares

ALEACIONES DE TERMOELEMENTOS

Sensores Industriales

Características de los Termopares Termopar designación americana

Composición.

Intervalo de utilización

f. e. m. m V/C

Utilización

Tipo S.

Pt Puro. Pt 90%; Rh 10%

800 a 1600°C.

0,010.

En atmósfera oxidantes. En atmósferas normales protéjase con tubo de acero.

Tipo R.

Pt Puro. Pt 87%; Rh 13%.

800 a 1600° C.

0,012.

En atmósfera oxidantes. En atmósferas normales protéjase con tubo de acero.

Tipo T.

Cu Puro. Cu 54%; Ni 46%.

-250 a 600°C.

0,052.

En atmósferas oxidantes y reductoras. Elevada resistencia a la corrosión.

Tipo E.

Ni 90%; Cr 10%. Cu 54%; Ni 46%.

300 a 1000°C.

0,042.

Elevada resistencia a la corrosión.

Tipo K.

Ni 90%; Cr 10%. Ni 90%; Al 4%. Si 2,5%; Mn 3,5%.

500 a 1250°C.

0,04.

En atmósferas oxidantes.

Tipo J.

Fe puro. Cu 54%; Ni 46%.

-250 a 1000°C.

0,055.

En atmósferas con poco oxígeno libre.

Sensores Industriales

Tipos de Termopares

Sensores Industriales

Termopar Tipo K • • • • • • • •

Bajo costo y en una variedad de sondas. Calibración sin recubrimiento hasta 1100ºC. Con recubrimiento hasta 1260ºC. Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10% Termoelemento negativo: Ni95%, Mn2%, Si1%, Al 2% F.E.M. producida: -6,458 mV/ºC a 48,838 mV/ºC Pueden tener falta de homogeneidad de tipo mecánico. Existen cambios químicos asociados que se presentan durante su empleo (descalibración).

•

Descomposición Verde: oxidación preferentemente del cromo sobre el Níquel en el exterior del elemento positivo, el cual se convierte entonces en negativo. Esto reduce la sensibilidad. El ataque del azufre sobre el elemento negativo lo convierte en quebradizo. Tanto el efecto de fragilidad del azufre, como la descomposición verde se pueden reducir con el empleo de tubos limpios protectores libre de grasa. En los termopares compactados, debido al cemento de oxido mineral, los alambres funcionan en una atmósfera neutra incluso aunque la vaina del par compactado se exponga al hidrógeno o a otro tipo de atmósfera reductora. Se recomienda en atmósferas oxidantes y a temperaturas de trabajo entre 500 y 150ºC. No debe ser utilizado en atmósferas reductoras ni sulfurosas a menos que este protegido con un tubo de protección (evitarse hidrógeno, monóxido de carbono u otros gases fuertemente reductores).

• • • • •

Sensores Industriales Termopar Tipo E • • • • •

Ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito criogénico gracias a su sensibilidad. Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10% Termolemento negativo: Cu55%, Ni45% F.E.M. producida: -9,835 mV/ºC a 76,373 mV/ºC (la mayor). Puede usarse en vacío o en atmósfera inerte o medianamente oxidante o reductora.

Termopar Tipo J • • • • • •

Es el mas popular y ampliamente empleado de todas las combinaciones de metal base debido a su bajo coste. Termoelemento positivo: Fe99,5% Termolemento negativo: Cu55%, Ni45% Rango limitado. Son ideales para usar en viejos equipos que no aceptan el uso de termopares más modernos. F.E.M. producida: -8,096 mV/ºC a 42,919 mV/ºC. Adecuado en atmósferas con escaso oxigeno libre. la oxidación de el hilo de hierro aumenta rápidamente por encima de 550ºC, siendo necesario un mayor diámetro del hilo hasta una temperatura limite de 750ºC.

Sensores Industriales

Termopar Tipo T • • • • • •

Termoelemento positivo: Cu 100% Termoelemento negativo: Cu55%, Ni45% F.E.M. producida: -6,258 mV/ºC a 20,872 mV/ºC. Temperatura máxima limitada por la oxidación del cobre por encima de 371ºC. Se debe evitar atmósferas en donde estén presentes amoníaco, peróxido de hidrógeno, azufre fundido, sulfuro de hidrógeno y anhídrido sulfuroso con un RH de 65% o mayor. El termopar tipo T, tiene una elevada resistencia a la corrosión por humedad atmosférica o condenación y puede utilizarse en atmósferas oxidantes o reductora.

Termopar Tipo N • • • •

Termoelemento positivo: Ni84,4%, Cr14,2%, Si1,4% Termoelemento negativo: Ni95,45% Si4,40%, Mg0,15% F.E.M. producida: -4,345 mV/ºC a 47,513 mV/ºC. 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.

Sensores Industriales Termopar Tipo S • • • • •

Los pares de calibración S se utilizan para medidas de temperatura industrial y como patrones primarios. Termoelemento positivo: Pt90%, Rh10% Termoelemento negativo: Pt100% F.E.M. producida: -0,236 mV/ºC a 18,693 mV/ºC. Ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1.300 ºC, pero su baja sensibilidad 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). Excelente resistencia a la oxidación. Nunca deben insertarse directamente en tubos de protección metálicos, pero sí en tubos con protección de cerámica. Fabricado con alúmina (Al2O3) de alto contenido de pureza. Para temperaturas superiores a 1500ºC se utilizan tubos de protección de platino. Inestabilidad en la respuesta del sensor temperaturas inferiores a 0ºC. Por encima de 1400ºC ocurre crecimiento de granulaciones que los dejan quebradizos. Las atmósferas con gases reductores como el hidrógeno atacarán al termopar.

• • • • • • •

Termopar Tipo R • • • • • • •

Gran aceptación en las aplicaciones industriales de alta temperatura debido a su elevado poder termoeléctrico en estas condiciones. Termoelemento positivo: Pt87%, Rh13%. Termoelemento negativo: Pt100%. F.E.M. producida: -0,226 mV/ºC a 21,101 mV/ºC. Adecuados para la medición de temperaturas de hasta 1.300 ºC. Su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado precio quitan su atractivo. Excelente resistencia a la oxidación. Las atmósferas con gases reductores como el hidrógeno atacarán al termopar.

Sensores Industriales Termopar Tipo B • • • • • • •

Utilizado en la industria para temperaturas más elevadas ya que con la aleación de Pt-Rh se logra que su temperatura de fusión se eleve y por lo tanto puede emplearse hasta temperaturas mayores. Termoelemento positivo: Pt70,4%, Rh29,6%. Termoelemento negativo: Pt93,9%, Rh6,1%. Adecuados para la medición de altas temperaturas superiores a 1.800 ºC. F.E.M. producida: 0,000 mV/ºC a 13,820 mV/ºC. Presentan el mismo resultado a 0 ºC y 42 ºC. Excelente resistencia a la oxidación. Las atmósferas con gases reductores como el hidrógeno atacarán al termopar.

Termopar Tipo R, S y B • • • •

Otro contaminador que afecta a la calibración atacando al par es el sílice. El sílice se encuentra en todos los tubos de carburo de silicio, tubos y aisladores de silimanita, que son los mas comúnmente usados con esta clase de pares por su economía. Para evitar el ataque de atmósferas reductoras y contaminación del Sílice en el extremo mas alto de la gama de temperaturas, deben utilizarse tubos protectores de Alúminia recristalizada y vitrificada entre el 97 y 99% de Alumina Pura. Se recomienda utilizar aisladores de una sola pieza con suficiente "espacio para respiración.

Sensores Industriales

TIPOS DE TERMOPARES •

•

Los termopares tipo R, S y E se emplean en atmósferas oxidantes y temperaturas de trabajo de hasta 1500ºC. Si la atmósfera es reductora, el termopar debe protegerse con un tubo cerámico estanco. El material del tubo de protección debe ser el adecuado para el proceso donde se aplique y suele ser de hierro o acero sin soldaduras, acero inoxidable, iconel, carburo de silicio, etc...

Sensores Industriales

Curvas Características Termopares

Sensores Industriales

Cables de Extensión y Compensación Tipos: -Cables de Extensión para Termopares -Cables de Compensación para TP -Cables de Compensación para RTDs

Sensores Industriales

Cables de Extensión y Compensación

Sensores Industriales

Tabla de Colores Termopares Cables de Extensión Cables de Compensación

Sensores Industriales

Código de Colores

Sensores Industriales

Cápsulas

Sensores Industriales Transmisores de temperatura para Termopares Calibradores

Sensores Industriales RTDs Resistance Temperature Detectors

Sensores Industriales RTDs Resistance Temperature Detectors

Sensores Industriales RTDs Resistance Temperature Detectors

R (Ohms)

R = 0.385*T + 100 150.0 138.5

100.0

T (Cº) 0

50.0

100.0

Sensores Industriales RTDs Resistance Temperature Detectors

Sensores Industriales

Termopozos (Thermowells ) •

Un “thermowell” o pozo térmico, constituye un sistema de montaje o protección para sensores de temperatura de tipo RTD, termopar o termistor.

Protege el bulbo -.Los termopozos correctos reducirán la posibilidad de daño al instrumento de temperatura que puede causarse por la presión, corrosión, velocidad del fluido, flujo abrasivo ,etc. Además este instrumento nos permite retirar el sensor para reemplazo o mantenimiento sin cerrar o detener el proceso

Sensores Industriales

Termistores

Un termistor es un semiconductor que varía el valor de su resistencia eléctrica en función de la temperatura. Existen dos clases de termistores: NTC y PTC.

1. Mezcla de óxidos en polvo comprimidos 2 y 3. Electrodos de contacto 4 y 5. Terminales de conexión 6. Cápsula o recubrimiento epóxico

Sensores Industriales Termistores NTC y PTC Termistor NTC Un Termistor NTC (Negative Temperature Coefficient) es una resistencia variable cuyo valor va decreciendo a medida que aumenta la temperatura. Son resistencias de coeficiente de temperatura negativo, constituidas por un cuerpo semiconductor cuyo coeficiente de temperatura es elevado, es decir, su conductividad crece muy rápidamente con la temperatura. Se emplean en su fabricación óxidos semiconductores de níquel, zinc, cobalto, etc. La relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal sino exponencial: Donde A y B son constantes que dependen del termistor.

Sensores Industriales Termistores NTC y PTC Termistor PTC (Positive Temperature Coefficient) Es una resistencia variable cuyo valor se ve aumentado a medida que aumenta la temperatura. Aplicaciones: restringidas a un determinado margen de temperaturas: limitación de corriente, sensor de temperatura, desmagnetización y para la protección contra el recalentamiento de equipos tales como motores eléctricos, en indicadores de nivel, para provocar retardos en circuitos, como termostatos, y como resistores de compensación. El termistor PTC pierde sus propiedades y puede comportarse eventualmente de una forma similar al termistor NTC si la temperatura llega a ser demasiado alta.

Sensores Industriales

Pirómetros •

Pirómetros Los pirómetros son aparatos idóneos para realizar mediciones de precisión de temperaturas sin contacto. Gracias a su mecanismo óptico, estos pirómetros son una herramienta segura para medir temperaturas con precisión. Los pirómetros infrarrojos están especialmente indicados para aplicaciones en las que no se pueden utilizar los sensores convencionales. Este es el caso de objetos en movimiento o lugares de medición donde se requiere una medición sin contacto debido a posibles contaminaciones u otras influencias negativas.

Daniel Gamero Paz