TERMOPARES

1. TERMOPARES

2. INTRODUCCI�N Ampliamente usados como sensores de temperatura. Son econ�micos. Intercambiables. Tienen conectores est�ndar Capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Limitaci�n en la exactitud (errores del sistema inferiores a un grado cent�grado son dif�ciles de obtener). El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila. Tanto los termopares como las termopilas son muy usadas en aplicaciones de calefacci�n a gas.

3. FUNCIONAMIENTO Efecto Seebeck: Un termopar es un circuito formado por dos metales distintos que produce un voltaje que es funci�n de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" y el otro denominado "punto fr�o".

4. FUNCIONAMIENTO Uniones de termopares con soldadura de esta�o gracias a la ley de los metales intermedios. No es posible conectar un volt�metro al termopar para medir este voltaje: La conexi�n a las gu�as del volt�metro har� una segunda uni�n no deseada. Compensaci�n de uni�n fr�a (CUF).

5. FUNCIONAMIENTO La temperatura de la uni�n fr�a: Generalmente detectada por un termistor de precisi�n; comparaci�n; temperatura verdadera en el extremo del termopar. Ocasionalmente en la CUF se usa un sensor de temperatura semiconductor. Cualquier error en la medici�n de la temperatura de la uni�n fr�a terminar� en el error de la temperatura medida en el extremo del termopar.

6. LINEALIZACI�N Energ�a generada por un termopar es una funci�n no lineal de la temperatura. Aproximar por un polinomio complejo (de 5� a 9� orden dependiendo del tipo de termopar). Los m�todos anal�gicos son usados en medidores de bajo costo.

7. TIPOS DE TERMOPARES

8. TIPOS DE TERMOPARES

9. TIPO K Bajo costo y en una variedad de sondas. Calibraci�n sin recubrimiento hasta 1100�C. Con recubrimiento hasta 1260�C. Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10% Termoelemento negativo: Ni95%, Mn2%, Si1%, Al 2% F.E.M. producida: -6,458 mV/�C a 48,838 mV/�C Pueden tener falta de homogeneidad de tipo mec�nico. Existen cambios qu�micos asociados que se presentan durante su empleo (descalibraci�n).

10. TIPO K Descomposici�n Verde: oxidaci�n preferentemente del cromo sobre el N�quel 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 descomposici�n 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 atm�sfera neutra incluso aunque la vaina del par compactado se exponga al hidr�geno o a otro tipo de atm�sfera reductora.

11. TIPO K Se recomienda en atm�sferas oxidantes y a temperaturas de trabajo entre 500 y 150�C. No debe ser utilizado en atm�sferas reductoras ni sulfurosas a menos que este protegido con un tubo de protecci�n (evitarse hidr�geno, mon�xido de carbono u otros gases fuertemente reductores).

12. TIPO E Ideales para el uso en bajas temperaturas, en el �mbito criog�nico gracias a su sensibilidad. Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10% Termolemento negativo: Cu55%, Ni45% F.E.M. producida: -9,835 mV/�C a 76,373 mV/�C (la mayor). Puede usarse en vac�o o en atm�sfera inerte o medianamente oxidante o reductora.

13. 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 m�s modernos. F.E.M. producida: -8,096 mV/�C a 42,919 mV/�C. Adecuado en atm�sferas con escaso oxigeno libre. la oxidaci�n de el hilo de hierro aumenta r�pidamente por encima de 550�C, siendo necesario un mayor di�metro del hilo hasta una temperatura limite de 750�C.

14. TIPO T Termoelemento positivo: Cu 100% Termoelemento negativo: Cu55%, Ni45% F.E.M. producida: -6,258 mV/�C a 20,872 mV/�C. Temperatura m�xima limitada por la oxidaci�n del cobre por encima de 371�C. Se debe evitar atm�sferas en donde est�n presentes amon�aco, per�xido de hidr�geno, azufre fundido, sulfuro de hidr�geno y anh�drido sulfuroso con un RH de 65% o mayor. El termopar tipo T, tiene una elevada resistencia a la corrosi�n por humedad atmosf�rica o condenaci�n y puede utilizarse en atm�sferas oxidantes o reductora.

15. 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/�C a 47,513 mV/�C. Adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidaci�n de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S que son m�s caros.

16. TIPO S Los pares de calibraci�n 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/�C a 18,693 mV/�C. Ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1.300 �C, 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 calibraci�n universal del punto de fusi�n del oro (1064,43 �C). Excelente resistencia a la oxidaci�n.

17. TIPO S Nunca deben insertarse directamente en tubos de protecci�n met�licos, pero s� en tubos con protecci�n de cer�mica. Fabricado con al�mina (Al2O3) de alto contenido de pureza. Para temperaturas superiores a 1500�C se utilizan tubos de protecci�n de platino. Inestabilidad en la respuesta del sensor temperaturas inferiores a 0�C. Por encima de 1400�C ocurre crecimiento de granulaciones que los dejan quebradizos. Las atm�sferas con gases reductores como el hidr�geno atacar�n al termopar.

18. TIPO R Gran aceptaci�n en las aplicaciones industriales de alta temperatura debido a su elevado poder termoel�ctrico en estas condiciones. Termoelemento positivo: Pt87%, Rh13%. Termoelemento negativo: Pt100%. F.E.M. producida: -0,226 mV/�C a 21,101 mV/�C. Adecuados para la medici�n de temperaturas de hasta 1.300 �C. Su baja sensibilidad (10 �V/�C) y su elevado precio quitan su atractivo. Excelente resistencia a la oxidaci�n. Las atm�sferas con gases reductores como el hidr�geno atacar�n al termopar.

19. TIPO B Utilizado en la industria para temperaturas mas elevadas que ambos ya que con la aleaci�n de Pt-Rh se logra que su temperatura de fusi�n 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 medici�n de altas temperaturas superiores a 1.800 �C. F.E.M. producida: 0,000 mV/�C a 13,820 mV/�C. Presentan el mismo resultado a 0 �C y 42 �C. Excelente resistencia a la oxidaci�n. Las atm�sferas con gases reductores como el hidr�geno atacar�n al termopar.

20. TIPO S,R y B Otro contaminador que afecta a la calibraci�n atacando al par es el s�lice. El s�lice se encuentra en todos los tubos de carburo de silicio, tubos y aisladores de silimanita, que son los mas com�nmente usados con esta clase de pares por su econom�a. Para evitar el ataque de atm�sferas reductoras y contaminaci�n del S�lice en el extremo mas alto de la gama de temperaturas, deben utilizarse tubos protectores de Al�minia recristalizada y vitrificada entre el 97 y 99% de Alumina Pura. Se recomienda utilizar aisladores de una sola pieza con suficiente "espacio para respiraci�n.

21. TIPOS DE TERMOPARES Los termopares tipo R, S y E se emplean en atmosferas oxidantes y temperaturas de trabajo de hasta 1500�c. Si la atm�sfera es reductora, el termopar debe protegerse con un tubo cer�mico estanco. El material del tubo de protecci�n 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...

22. CALIBRACI�N

23. PROBLEMAS DE CONEXI�N Son la causa de la mayor�a de los errores de medici�n. Se debe usar el tipo correcto del cable de extensi�n. Cualquiera que sea el conector empleado debe estar hecho del material termopar correcto y su polaridad debe ser la adecuada. Se utilizan normas como la I.S.A. y ANSI-MC 96.1-.1982 para clasificar el alambre del termopar.

24. RESISTENCIA Cables delgados: Para minimizar la desviaci�n t�rmica y mejorar los tiempos de respuesta. Alta resistencia. Sensible al ruido. Errores debido a la resistencia del instrumento de medici�n. Se recomienda medir la resist�ncia del termopar antes de utilizarlo.

25. DESCALIBRACI�N Difusi�n de part�culas atmosf�ricas en el metal a los extremos de la temperatura de operaci�n. Impurezas y los qu�micos del aislante difundi�ndose en el cable del termopar.

26. RUIDO La salida de un termopar es una peque�a se�al. Se puede minimizar el ruido al retorcer los cables para asegurarse que ambos recogen la misma se�al de ruido. En ambiente extremadamente ruidoso es necesario considerar usar un cable de extensi�n protegido.

27. OBSERVACI�NES Las conexiones entre el cable de compensaci�n, el termopar y el instrumento deben ser perfectas, sin empalmes en el cable de compensaci�n, utilizando el hilo correcto y el conjunto de la instalaci�n debe evitar el paso pr�ximo por fuentes de calor (aparece el efecto Thompson). Si estas recomendaciones no se cumplen aparecen tensiones t�rmicas de corriente continua que dan lugar a un desplazamiento en la calibraci�n de el instrumento . El termopar es susceptible al ruido el�ctrico industrial debido a que durante su funcionamiento puede generar tensiones de 2 a 50 mV y se encuentra en un entorno donde las grandes maquinas el�ctricas pueden crear cientos de milivoltios en el cable de conexi�n. El termopar trabajando como una antena puede recoger radiaci�n electromagn�tica de radio televisi�n y microondas . de aqu� que se requiera que los cables de conexi�n est�n torcidos y dentro de una funda met�lica que se pone a tierra , que la uni�n de medida este puesta a tierra y que el amplificador tenga una buena relaci�n se�al/ruido.

28. USO DE VAINAS En lo referente a la vainas de protecci�n depende de el proceso industrial es el tipo de vaina que se va a usar por ejemplo en el proceso de fabricaci�n de el cemento en la salida de los altos hornos se usa una vaina de iconel o hierro o tambi�n pirometros de radiaci�n. Proceso de fabricaci�n de la cer�mica en los hornos se utilizan protecciones cer�micos o pirometros de radiaci�n. Proceso de exaltaci�n y v�treo se usan vainas de iconel o hierro. Fabricaci�n de alimentos y procesos petroqu�micos el acero inoxidable como vaina. En procesos de fabricaci�n que excedan los 1000�c a veces se usa carburo de silicio.

29. AISLAMIENTO Mostacillas Configuraci�n m�s simple. Termoelementos acomodados en aisladores de cer�mica que usualmente son denominados mostacillas. Producidas con oxido de magnesio (Mg2O) 66,7% con alta conductividad t�rmica y alta resistencia de aislamiento.

30. AISLAMIENTO Termopar con aislamiento mineral Desarrollado para aplicaciones en el sector nuclear. Extendido a los dem�s sectores del proceso productivo. Necesidad de un termopar con un tiempo de respuesta menor que el que se obten�a con el termopar convencional. Termopar convencional montado con un tubo de protecci�n donde todo el conjunto es trefilado. En este proceso los termoelementos quedan aislados entre s� mediante un polvillo compacto de Mg2O y protegidos por una vaina met�lica (originalmente el tubo de protecci�n).

31. C�DIGO DE COLORES

32. C�DIGO DE COLORES

33. PROS Y CONTRAS PROS Bajo costo. No hay piezas m�viles, menos probabilidad de romperse. Amplia gama de temperaturas. Tiempo de reacci�n razonablemente corto. Capacidad de repetici�n y exactitud razonables. CONTRA La sensibilidad es baja, generalmente 50 �V/�C o menos. Generalmente la exactitud no es mejor que 0,5 �C. Requiere una temperatura de referencia, generalmente la del hielo (0�C).