OBJETIVOSAprender los diferentes mtodos de calibracin de termopares con su diferente proceso, ventajas y desventajas de cada mtodo

Conocer los principios fsicos bajos los que funcionan los termopares, los materiales que se usan, los rangos de temperatura que maneja cada una y sus aplicaciones

Conocer el correcto funcionamiento de los termopares para calibrar cada tipo de termopar

Encontrar la diferencia que existen entre la parte terica con la parte prctica.

INTRODUCCIN

CALIBRACIN DE UN TERMOPAR"

Cuando se realizan dos soldadurasentre dos metales semiconductoresdistintos, y se mantienen las uniones a temperaturas diferentes se manifiesta, entre otros, el fenmeno denominado "efecto seebeck".

Este efecto consiste en la generacin de una f.e.m. en el circuito formado por distintos metales, eAB. A la unin a mayortemperatura T, le llamaremos

Soldadura de prueba, y a la otra Temperatura TR, soldadura de referencia.

Cuando se mantiene constante la temperatura de referencia TR, se halla que la f.e.m. debida al "efecto seebeck" es funcin de la temperatura de la soldadura de prueba. Dicha funcin es en general un polinomio, pero para rangos limitadosde temperatura, como los empleados en nuestra experiencia (0,100C) aprox. se puede considerar la funcin eAB(T) lineal.

AB = a+ bT

siendo d\dT eAB independiente de la temperatura de referencia, TR. A esta derivada se la denomina potencia termoelctrica del par.

El objetivo de esta experiencia ser intentar familiarizarnos con el manejo de los termopares, cuyo uso est muy extendido hoy en da tanto en labores de investigacin cientfica como de desarrollo tecnolgico. Tambin obtendremos experimentalmente la funcin de calibracin del termopar muestra, as como su potencia termoelctrica.

La Calibracin de termopar se realiza en el laboratorio acreditado ENAC de temperatura. Los termopares son instrumentos muy utilizados en el mundo de la medicin de la temperatura. Su principio de medida sebasa en el efecto Seebeck por el cual las diferencias de temperatura de sus dos uniones generan una fuerza electromotriz (fem) equivalente a la diferencia de temperaturas de las dos uniones de los termoelementos. Esto quiere decir que la temperatura debe ser conocida en dos puntos diferentes para conseguir obtener la medida y por

consecuencia, se pierde exactitud. sta tcnica est compuesta por una unin (la de referencia) es que es considerada de un valor conocido y la otra unin (la de medida) es la que se expone al medio donde es requerida la medicin de la temperatura. La junta de referencia suele compensar la temperatura bien midiendosta a travs un medidor de temperatura (industrialmente se tratan de transistores) bien colocando la junta en el hielo para mantener la temperatura constante a 0 C. ste ltimo mtodo es un mtodo ms exacto y es el utilizado enlos laboratoriosde calibracin acreditados.

Gracias a su resistencia, amplio rango de medida y a su normalizacin, su uso est muy extendido en las industrias. Los tipos de termopares que pueden ser calibrados en los laboratorios son termopares de metales comunes y nobles segn la norma UNE EN ISO 60854. Los termopares son clasificados segn la composicin de sus metales, los cuales les atribuyen unas propiedades trmicas, una liberalizacin polinmica y un coeficiente de sensibilidad.

Calibrar un termopar consiste en la comparacin de un patrn trazable con el termopar mediante un mtodo validado y acreditado. El laboratorio de Calibracin

de temperatura tiene uno de los alcances ms amplios y competitivos del pas para la calibracin de termopares.

La calibracin de los termopares debe ser realizada de manera planificada y siempre frente apatrones reconocidos Internacionalmente. Las condiciones de la calibracin de los termopares deben ser registradas para asegurar la reproducibilidad de los resultados. Normalmente los distintos termmetros se suelen agrupar en un plan de Calibracin en cual sirve como soporte para la gestin de los instrumentos incluidos en el sistema de calidad.

Calibrar termopares es comparar la medida de un patrn de referencia trazable con la medida del mensurando. Al calibrar los termopares estamos aportando niveles de fiabilidad y seguridad en los procesos donde la medicin resultante del uso del instrumento tenga lugar. Igualmente, al calibrar los termopares podremos generar los registros pertinentes para poder documentar un Sistema de Gestin de la Calidad y tomar las medidas oportunas para poder asegurar la calidad de losproductos y servicios.

Los certificados de calibracin de termopares emitidos en el laboratorio incluyentoda la informacin necesaria para asegurar la trazabilidad de las medidas. El clculo de la incertidumbre de medida est realizado segn la gua Europea EA-

4/02 y la acreditacin ENAC de su sistema de calidad asegura un metodologa del trabajo con plena garanta tcnica. El laboratorio emite certificados de calibracin de los termopares en formato digital con lo que se mejora su gestin y se reducen los tiempos de ejecucin de los trabajos

CALIBRADORESEl calibrador porttil de termopar es un equipo que trabaja en la magnitud elctrica de Voltaje. Algunos calibradores multifuncin pueden integrar en un solo equipo la posibilidad de medir y generar seales en todas las magnitudes y son equipos con mltiples funciones que permiten al tcnico poder calibrar, verificar y ajustar una gran variedad de instrumentos de medida presentes en una instalacin o planta industrial.

Estos equipos permiten la calibracin in situ y pueden serutilizados como calibrador de banco en los laboratorios ya que presentan buenas prestaciones metrolgicas. Estas calibraciones son necesarias para laconformidad de los sistemasde calidad implantados (ISO9000, ISO 9100, ISO17025). La calibracin delcalibrador de termopares se

debe realizar por personal cualificado para ello. Los laboratorios de calibracin ENAC son los laboratorios cuya competencia tcnica est garantizada.

Los calibradores de termopar son capaces de generar los mili Voltios correspondientes a las diferentes temperaturas en las que est definido el termopar. La norma UNE EN 60584 establece la relacin entre el Voltaje y la temperatura de los termopares. La relacin se encuentra en la norma tanto de forma tabulada como su relacin polinmica.

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INSTRUMENTOS

Para la calibracin de los termopares utilizaremos un horno mufla. El cual constade un control de temperatura tipo PID. En sus pantalla digital tiene dos display

uno de color rojo que indica la temperatura interna del horno y otro de coloramarillo que indica la temperatura de control

Debemos leer la temperaturas del horno y medir con el multimetro el voltajegenerado por cada termopar

1. Horno tipo mufla

Dispositivo PID de temperatura de la mufla.

2. Terrmocupla tipo j

3. Termocupla tipo k

PROCEDIMIENTO

Medir con el voltmetro el voltaje que entrega la termocupla. Y repetirloaumentando gradualmente la temperatura de la mufla.

Ahora ver en una tabla de termocuplas a que temperatura corresponde elvoltaje

Sumarle a esta temperatura encontrada en la tabla, la temperatura de ambiente(temperatura del contacto de las puntas del voltmetro con los cables de latermocupla) para hacer la compensacin de cero.

Repetir el paso 3, e funcin de las temperaturas para corroborar que los datos devoltaje son muy cercanos a los suministrados por las tablas.

TABLA DE DATOS OBTENIDOS

Temperatura del horno C

Termocupla 1(mV)

Termocupla 2(mV)

100 5,0 4,7250 14,2 16,1400 20,5 25,3550 25,5 33,2700 30,8 41,0

PREGUNTASPROPUESTAS

Explicar los principios y leyes fsica bajo las que funcionan los termopares

Un termopar (tambin llamado termocupla) es un transductor formado por launin de dos metales distintos que produce un voltaje (efecto Seebeck),que es funcin de la diferencia de temperatura entre uno de los extremosdenominado "punto caliente" o unin caliente o de medida y el otrodenominado "punto fro" o unin fra o de referencia.LeyesEstudios realizados sobre el comportamiento de termopares han permitidoestablecer tres leyes fundamentales:1. Ley del circuito homogneo. En un conductor metlicohomogneo no puede sostenerse la circulacin de una corriente elctricapor la aplicacin exclusiva de calor.2. Ley de los metales intermedios. Si en un circuito de variosconductores la temperatura es uniforme desde un punto de soldadura 'A' aotro 'B', la suma algebraica de todas las fuerzas electromotrices estotalmente independiente de los conductores metlicos intermedios y es lamisma que si se pusieran en contacto directo 'A' y 'B'.3. Ley de las temperaturas sucesivas. La f.e.m. generada por untermopar con sus uniones a las temperaturas T1 y T3 es la suma algebraicade la f.e.m. del termopar con sus uniones a T1 y T2 y de la f.e.m. delmismo termopar con sus uniones a las temperaturas T2 y T3.Por estas leyes se hace evidente que en el circuito se desarrolla unapequea tensin continua proporcional a la temperatura de la unin demedida, siempre que haya una diferencia de temperaturas con la uninde

referencia. Los valores de esta f.e.m. estn tabulados en tablas de conversin con la unin de referencia a 0C.

Qu otros factores afectan la medicin con termopares?

Resistencia de la guaPara disminuir la desviacin trmica e incrementar los tiempos derespuesta, los termopares estn compuestos con delgados cables, lo cual puede producir que los termopares tengan una alta resistencia hacindolos sensibles al ruido y causando posibles problemas de medicin.Des calibracinLa des calibracin es el proceso de aturdir accidentalmente ladistribucin del cable del termopar, la cual provoca la es la expansin departicular atmosfricas.

Qu otros aparatos sirven para medir la temperatura, y sus rangos demedicin?

Termmetro de mercurioEs un tubo de vidrio sellado que contienemercurio, cuyo volumen cambia con la temperatura de manera uniforme. Este cambio de volumen se visualiza en una escala graduada. El termmetro de mercurio fue inventado por Gabriel Fahrenheit en el ao 1714.

Termmetro de gasPueden ser a presin constante o a volumenconstante. Este tipo de termmetros sonmuy exactos y generalmente son utilizadospara la calibracin de otros termmetros.

Termmetro de resistenciaConsiste en un alambre de algn metal (como elplatino) cuya resistencia elctrica cambia cuandovara la temperatura.

Termmetros digitalesSon aquellos que, valindose de dispositivos transductores como los mencionados, utilizan luego circuitos electrnicos para convertir en nmeros las pequeas variaciones de tensin obtenidas, mostrando finalmente la temperatura en un visualizador. Una desus principales ventajas es que por no utilizar mercurio no contaminan elmedio ambiente cuando son desechados.

Defina y establezca los rangos, caractersticas y aplicaciones de los diferentes termopares. (materiales y porcentajes de las aleaciones usadas en cada una).

TERMOPAR

COMPOSICION USOS CARACTERISTICA

rango detemperatura a

SENSIBILIDAD

TIPO K (Crome(aleacin de Ni-Cr) / Alumel(aleacin de Ni -Al))

sondas -200 C a+1372 C

41V/Caproximadament

Tipo E (Cromel /Constatan (aleacin de Cu-Ni))

el mbitocriognico

No sonmagnticos

bajastemperatura as

68 V/ C

Tipo J (Hierro /Constatan)

atmsferasinertes, reductoras oen vaco

la rpidaoxidacin

-270C+1200C.

Tipo T (Cobre /Constatan)

criogenia Resistenatmsferashmedas

-200 y260 C

43 V/C

Tipo N (Nicrosil (Ni-Cr-Si / Nisil (Ni-Si))

alta temperatura a

Tipo B (Platino (Pt)-Rodio (Rh))

+1.800C (10 V/ Caprox.)

Tipo R (Platino (Pt)-Rodio (Rh))

En que consiste la calibracin de los termoparesCALCULOS Y ANALISIS

Los clculos se basan en funcin de las temperaturas para obtener los valores de voltajes de las termocuplas.

TIPO K

Temperaturadel horno C

TEMPERATURADEL AMBIENTEC

TEMPERATURAMEDIA C

VOLTAJE(mV)

VOLTAJETERMOCUPLA TIPOK (Mv)

100 30 130 5,327 5250 30 280 11,381 14,2400 30 430 17,664 20,5550 30 580 24,05 25,5700 30 730 30,383 30,8

TIPO J

Temperatura del horno C

TEMPERATURADEL AMBIENTEC

TEMPERATURAMEDIA C

VOLTAJE(mV)

VOLTAJE TERMOCUPLA TIPOK (Mv)

100 30 130 6,907 4,7250 30 280 15,217 16,1400 30 430 23,501 25,3550 30 580 31,493 33,2700 30 730 41,013 41,0

Anlisis

Graficar temperaturas en funcin de voltaje con los valores obtenidos en la practica

800

Tipo k

700

600

500

400

300

200

100

00 5 10 15 20 25

30 35mVeje

eje c

BIBLIOGRAFA:

1.- "Calor y Termodinmica". M. W. ZEMANSKY, R. H. DITTIMAN. Ed. McGraw-Hill.

2. - "Thermocouple Alloys". BRITISH DRIVER-HARRIS.

3.- "Tratamiento matemtico de datos". SPIRIDONOV. Ed. Mir.

4. - Handbook of Chemistry and Physics. 52 Editions. CRC.

5. - American Institute of Physics Handbook. Third Edition. Mc Graw-Hill

6.- h t t p : // w w w . f e m t o. e s / c a li brado r - de - t e r m o p ar e s - c m s - 1 - 50 - 4 4 / # i x z z 2 S f o S O N k r