Informe-Termocuplas

TERMOCUPLAS Ezequiel Medina Miguel Muñoz Andrés Mosseto ÍNDICE: 1. Princi Principi pio o de func funcion ionam amien iento to  Como funciona una termocupla  Termometría 2. Rang Rangos os y alc alcan ance ces s  Los alcances que pueden tener las termocuplas 3. Tension Tensiones es de corri corriente entes s de entra entradas das y salidas salidas  Tabla con entrada y salida de las termocuplas 4. Conexion ionado  Cuales son los distintos conexionados de la termocuplas 5. Clasif Clasifica icació ción n tipos tipos y sub subtip tipos os  Los distintos tipos de termocuplas.:J, K T , E, N, R, S, B 6. Grado Grados s de de prot protec ecció ción n IP  Que es un grado de protección IP 7. Line Lineal aliz izac ació ión n

8. Tipo Tipos s de de ley leyes es::  Las tres leyes de los termopares. 9. Ejem Ejemplo plos s de de apl aplica icacio cione nes s  Cuales son las funciones de las termocuplas

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TERMOCUPLAS COMO FUNCIONA UNA TERMOCUPLA

La temperatura es una variable importante en la mayoría de los procesos industriales. Las termocuplas són el sensor de temperatura más común utilizado industriálmente. Una termocupla se hace con dós alambres de distinto material unidos en un extremo (soldados generálmente). Al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño (efecto Seebeck) del orden de los milivolts el cual aumenta con la Temperatura Algunas Termocuplas pueden variar según las distintas caracteristicas que se presenta acontinuación: -

Dimensiones Cambio de presión a volumen constante Cambio de la fuerza electromotriz (F.E.M.) desarrollada. Cambio de la resistencia eléctrica. Cambio de la radiación superficial. Cambio de color.

Tipos de leyes: El efecto Peltier es una propiedad termoeléctrica descubierta en 1834 por Jean por Jean Peltier , trece años después del descubrimiento de Seebeck. Seebeck . El efecto Peltier hace Peltier  hace referencia a la creación de una diferencia de temperatura debida a un voltaje eléctrico. Sucede cuando una corriente se hace pasar por dos metales o semiconductores conectados por dos “junturas de Peltier”. La corriente propicia una transferencia de calor de una juntura a la otra: una se enfría en tanto que otra se calienta. Una manera para entender cómo es que este efecto enfría una juntura es notar que cuando los electrones fluyen de una región de alta densidad a una de baja densidad, se expanden (de la manera en que lo hace un gas ideal) ideal ) y se enfría la región. Cuando una corriente I se hace pasar por el circuito, circuito, el calor se genera en la juntura superior (T2) y es absorbido en la juntura inferior (T1). A y B indican los materiales.

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El efecto Seebeck es una propiedad termoeléctrica descubierta en 1821 por el físico alemán Thomas Johann Seebeck inversa al efecto Peltier. Este efecto provoca la conversión de una diferencia de temperatura en electricidad . Se crea un voltaje en presencia de una diferencia de temperatura entre dos metales o semiconductores homogéneos. Una diferencia de temperaturas T1 y T2 en las juntas entre los metales A y B induce una diferencia de potencial V. Cabe reseñar que fue el primer efecto termoeléctrico descubierto: el efecto Peltier lo descubriría Jean Peltier en Peltier  en 1834, 1834, y William Thomson -Lord Kelvin- haría lo propio con el efecto Thomson en 1851. 1851.

Se conoce como Efecto Thomson a una propiedad termoeléctrica descubierta por William por  William Thomson -Lord Kelvin- en 1851 en la que se relacionan el efecto Seebeck y el efecto Peltier. Así, un material [excepto el plomo] sometido a un gradiente térmico y recorrido por  una corriente eléctrica intercambia calor con calor  con el medio exterior. Recíprocamente, una

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Termometría Es la medición de temperatura. Esta se fundamenta en la medida cuantitativa de calor, lo que resulta preferible que fundarlo sobre el cambio de propiedades de las sustancias. En Instrumentación industrial, los termopares son ampliamente usados como sensores de temperatura. Son económicos, intercambiables, tienen conectores estándar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Su principal limitación es la exactitud ya que los errores del sistema inferiores a un grado Celsius son difíciles de obtener. El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de

termopila. Tanto los

termopares como las termopilas son muy usados en aplicaciones de calefacción a gas

RANGOS Y ALCANCES LOS RANGOS Y ALCANCES DE UNA TERMOCUPLA Límite de error  Tipo

Códigos de los

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427ºC constantan JN

K

Cromel/ Alumel

KP KN

TP T

Cobre/ constantan

TN EP

E

Cromel/ constantan

EN NP

N

Nicrosil/ Nisil

NN

a 44 Ni:55 Cu 427ºC 760ºC 0ºC a 277ºC 90 Ni:9 Cr  277ºC a 1149ºC 94 Ni:A1:Mn:Fe -101ºC a -60ºC Cu -75ºC a 93ºC 44 Ni:55 Cu 99ºC a 371ºC 90 Ni:9 Cr  0ºC a 316ºC 44 Ni:55 Cu 316ºC a 871ºC 0ºC a Ni:14.2 277ºC Cr:1.4Si Ni:4Si:0.15Mg

Termocuplas de metales preciosos RP Platino-rodio/ R platino RN SP S

Platino-rodio/ platino

B

Platino-rodio/ Platino-rodio

87Pt:13Rh Pt 90Pt:10Rh

SN

Pt

BP

70Pt:30Rh

BN

94Pt:6Rh

277ºC a 1149ºC

(± ¾ %)

(±1/3%)

±2,2ºC

±1,1ºC

(±¾ %)

(±3/8 %)

±1.7ºC

(±1%)

±0,8ºC

(±¾ %)

(±¾ %)

(±3/8 %)

±1,7ºC

±1,1ºC

(±1/2 %)

(±3/8 %)

±2,2ºC --

(±3/4 %)

Disponible Depende hasta del 1480°C proveedor  -18ºC a ±1,4ºC 538ºC (±1/4 %) 538ºC a 149ºC Disponible Depende hasta del 1700°C proveedor 

h

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Platino-Rodio Platino R (90%) (10%) S Cromoníquel Ni-Al K Hierro Constantan J Cobre Constantan T (*) Máxima temperatura de operación

18.9 39.7 41.7 15.77

1610 1610 982 760 315

Conexionado: Las distintos conexionado de las termocuplas: Conectors Miniatura para Termopar  Estos conectores miniatura de pines planos son ideales para conectar termopares a cables de extensión o compensación. La polaridad de los pines está identificada mediante su símbolo. Se pueden utilizar  para temperaturas máximas de 210ºC, 350ºC ó 650ºC dependiendo del modelo. Disponemos de conectores macho, hembra, panelables y de 3 pines así como de paneles de conectores. También suministramos protectores de noepreno (botas) para una mayor protección del conector en ambientes húmedos así como grapas para la fijación del cable y una amplia gama de accesorios. • Rango de temperatura: 210ºC, 350ºC ó 650ºC dependiendo del modelo • Apto para diámetros de cable hasta 0.6mm • Cumplen con la normativa IEC 584.3: 1989 en cuanto a código de colores: verde (tipo K), marrón (tipo T), negro (tipo J), rosa (tipo N) y naranja (tipo RCA/SCA)

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• Disponemos de adaptadores de cable, protectores de neopreno (botas) y otros accesorios.

Conectores Estándar para Termopar  Estos conectores estándar de pines redondos son ideales para conectar termopares a cables de extensión o compensación. La polaridad de los pines está identificada mediante su símbolo. Se pueden utilizar para temperaturas máximas de 210ºC, 350ºC ó 650ºC dependiendo del modelo.

Disponemos de conectores macho, hembra, panelables y de 3 pines así como de paneles de conectores. También suministramos protectores de noepreno (botas) para mayor  protección en ambientes húmedos así como grapas para la fijación del cable y una amplia gama de accesorios. • Rango de temperatura: 210ºC, 350ºC ó 650ºC dependiendo del modelo • Apto para diámetros de cable hasta 2.0mm • Cumplen con la normativa IEC 584.3: 1989 en cuanto a código de colores: verde (tipo K), marrón (tipo T), negro (tipo J), rosa (tipo N) y naranja (tipo RCA/SCA) • Dimensiones: Macho: 19x16x8mm (largo x

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que el conector hembra pero con frontal biselado y una pestaña para conexión con el panel. • Disponemos de adaptadores de cable, protectores de neopreno (botas) y otros accesorios.

Termopar de Aislamiento Mineral

Los termopares de aislamiento mineral son sensores de temperatura muy robustos adecuados para su uso en condiciones difíciles, según el tipo de construcción el rango de temperatura se extiende desde -200ºC a +1250ºC. En general la vaina se puede conformar para adaptarse a cualquier  aplicación sin que afecte a su funcionamiento. • Disponible en varios tipos: K, T, J, N, E, R, S, B, C y D con diámetros de vaina desde 0.25mm a 12,7mm. • Distintas terminaciones: con cabezal, conector, cable, convertidor, etc. • Diferentes tipos de materiales de vaina: acero inoxidable, Inconel, Pyrosil, etc. así como materiales menos comunes como Hastelloy, Platino y Molibdeno

Termopar de Propósito General

Estos termopares son adecuados para aplicaciones de propósito general hasta una temperatura de +400ºC. El material de la vaina para estos sensores es acero inoxidable AISI-316 y la unión de medida se realiza como estándar a masa para conseguir una respuesta rápida ante los cambios de temperatura. • Disponibles en varios tipos: K, T, J, N y E simples o dobles.

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• Disponible cable con malla de acero inoxidable.

Termopar con Mango Existen diferentes tipos de ejecución para los termopares con mango, de forma que se pueden adaptar a una gran variedad de aplicaciones y rangos de temperatura. Se suministran con un puño de nylon, el cable en espiral y por lo general terminado en conector mini macho para poder conectarlo a la instrumentación. • Disponibles en varios tipos: K, T, J, N y E. • Amplio rango de ejecuciones: aguzada en bisel (mostrado aquí), aguzada, perforada (para ambiente), con muelle (para superficie), etc. • Gran variedad de diámetros y longitudes de vaina. • Vainas rígidas o flexibles (aislamiento mineral)

Termopar Industrial con Vaina Metálica

Estos termopares industriales industriales están diseñados específicamente para la medida de temperatura en entornos industriales como hornos y altos hornos, baños de galvanizado, baños de tratamientos térmicos y en general aplicaciones de alta temperatura. Su construcción robusta proporciona una vida prolongada del sensor. • Disponibles en varios tipos: K, T, J, N, E, R, S, B, C y D. Vainas de protección en acero inoxidable, Inconel 600, Incoloy 800 ó

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definida por el usuario. • Disponibles en varios tipos: K, T, J, N, E, R, S, B, C y D, simple o doble. • Vainas cerámicas de protección principales y secundarias en diversos diámetros y materiales: porcelana aluminosa impermeable, alúmina recristalizada impermeable, mullita impermeable y carburo de silicio. • Adecuado para temperaturas hasta 1600ºC o mayores. • Amplio rango de racores de montaje

Termopozos realizados a medida según cada aplicación.

Disponemos de una amplia gama de accesorios (bridas, racores de conexión, etc), se pueden suministrar junto al sensor de medida. • Disponibles en varios tipos: K, T, J, N, E, R, S, B, C y D, simple o doble. • Amplio rango de diámetros, longitudes y configuraciones de termopozo. • Fabricados a medida. • Disponemos de una gran variedad de accesorios para montaje. • Amplio rango de temperaturas.

Termopar con Zócalo Cerámico o Convertidor 

Este tipo de montaje es ideal para ser  alojado dentro de sondas de temperatura envainadas o con termopozo. Puede ser  instalado con el zócalo cerámico o bien con un convertidor 4...20mA. Unos resortes de fijación permiten el continuo contacto entre el extremo de medida y el fondo del termopozo apto para su montaje en cabezal. • Disponibles para termopares tipos: K, T, J, N, E, R, S, B, C y D, simple o doble. Montaje con muelle amortiguado para diámetros 3mm, 4.5mm, 6mm y 8mm.

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de -200º C a +1.372º C y una sensibilidad 41µV/° C aprox. Posee buena resistencia a la oxidación.  Termopar de 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 termopares de T tiene una sensibilidad de cerca de 43 µV/°C.  Termopar de tipo E (Cromo / 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. 

Termopar de tipo N : (Nicrosil (Ni-Cr-Si / Nisil (Ni-Si)): es adecuado 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 300º C). 

Termopar de tipo R (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): adecuados para la medición de temperaturas de hasta 1.300º C. Su baja sensibilidad (10 µV/° C) y su elevado precio quitan su atractivo.



Termopar de tipo S: (Platino / Rodio): ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1.300º 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).

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Grado de protección IP : El Grado de proteccion IP hace referencia al estándar estadounidense  ANSI/IEC 2004

60529- 

Degrees of Protection 1 utilizado con mucha frecuencia en los datos técnicos de

equipamiento eléctrico y/o electrónico (en general de uso industrial como sensores, medidores, controladores, etc). Especifica un efectivo sistema para clasificar los diferentes grados de protección aportados a los mismos por los contenedores que resguardan los componentes que constituyen el equipo. Este estándar ha sido desarrollado para calificar de una manera alfa-numérica a equipamientos en función del nivel de protección que sus materiales contenedores le proporcionan contra la entrada de materiales extraños. Mediante la asignación de diferentes códigos numéricos, el grado de protección del equipamiento puede ser  identificado de manera rápida y con facilidad. De esta manera, por ejemplo, cuando un equipamiento tiene como grado de protección las siglas: 

IP67 .

Las letras

IP identifican al estándar (una antigua herencia de la terminología

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un polinomio complejo (de 5º a 9º orden dependiendo del tipo de termopar). Los métodos analógicos de linealización son usados en medidores de termopares de bajo costo.

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Ejemplo de aplicación Cuales son las funciones de las termocuplas: Los termopares J son versátiles y de bajo coste. Se pueden emplear en atmósferas oxidantes y reductoras. Se aplican a menudo en hornos de combustión abiertos a la atmósfera. Los termopares K se emplean en atmósferas no reductoras y, en su margen de medida, son mejores que los de tipo E, J y T cuando se trata de medir en atmósferas oxidantes. Los termopares T resisten la corrosión, de modo que se pueden emplear en atmósferas de alta humedad. Los termopares E son los de mayor  sensibilidad y resisten la corrosión por debajo de 0ºC y las atmósferas oxidantes. Los termopares N resisten la oxidación y ofrecen mejor estabilidad a altas temperaturas.

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Fuente Libros: 1 Autor : Ramón Pallas Areny- John G. Webster  Titulo Sensores y acondicionadores de señal Edición: 2ª edición Lugar Barcelona, España Año 1991 Paginas de Internet:

Dirección de la información:

http://es.wikipedia.org/wiki/Termoelectricidad http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Thomson http://www.koboldmessring.com/fileadmin/koboldfiles/pdf/es/t2es_ttd.pdf  http://www.sapiensman.com/medicion_de_temperatura/termocuplas3.htm http://www.tc-sa.es/termopar/conectores_termopares.htm