CENTRO DE CIENCIAS BSICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERA BIOQUMICAACADEMIA DE BSICAS Y OPERACIONES UNITARIASINGENIERA BIOQUMICALABORATIRIO DE OPERACIONES UNITARIAS I

PRCTICA No. 1CALIBRACIN DE TERMOPARES

EQUIPO No. 6

Profesor: M. en I. Francisco Javier Alvarado Montoya.Alumnos: Alcaraz Nava Ulises Antonio.Garca Mariscal Jos Luis.Snchez Tagle Daniel Martn.Urbano Mrquez Roberto Rafael.Valencia Juregui Ezequiel. Aguascalientes, Ags. 13 de febrero de 2014EXPERIMENTO No 1CALIBRACIN DE TERMOPARES

OBJETIVO: Calibrar un termopar hierro-constantan utilizando agua.

INTRODUCCIN:

Cuando se sueldan dos metales o semiconductores distintos las soldaduras se mantienen a temperaturas diferentes tienen lugar simultneamente distintos fenmenos: efecto Seebeck, efecto Joule, efecto Fourier, efecto Peltier y efecto Thompson. El efecto Seebeck se produce por el hecho de que la densidad de portadores de carga (electrones de un metal) difiere de un conductor a otro y depende de la temperatura. Cuando se conectan dos conductores distintos para formar dos soldaduras y se mantienen a estas temperaturas diferentes, la difusin de los portadores de carga en las soldaduras se produce a ritmos distintos. Se origina un movimiento neto de los portadores de carga, como si fueran impulsados por un campo no electrosttico. La integral curvilnea de este campo a lo largo del par termoelctrico es la f.e.m. Seebeck. Un par termoelctrico formado por dos metales resulta muy adecuado como un termmetro; a bajas temperaturas ha de usarse un potencimetro muy sensible, y a temperaturas altas son indispensables metales con elevados pintos de fusin. (Zemansky M. 1973).El termopar se basa en el efecto descubierto por Seebek en 1821, de la circulacin de una corriente en un circuito cerrado formado por dos metales diferentes cuyas uniones (unin medida o caliente y unin de referencia o frio) se mantienen a distinta temperatura (vase esquema).

Esta circulacin de corriente obedece a dos efectos termoelctricos combinados, el efecto Peltier (ao 1834) que provoca la liberacin o adsorcin de calor en la unin de los metales distintos cuando una corriente circula a travs de la unin y el efecto Thompson (ao 1854) que consiste en la liberacin o adsorcin de calor cuando una corriente circula a travs de un metal homogneo en el que existe un gradiente de temperaturas.Estudios Realizados sobre el comportamiento de termopares han permitido establecer tres leyes fundamentales: 1. Ley del circuito homogneo En un conductor metlico homogneo no se puede sostener la circulacin de una corriente elctrica por la aplicacin exclusiva de calor.2. Ley de los metales intermedios. Si en un circuito de varios conductores la temperatura es uniforme desde un punto de soldadura A a otro punto B, la suma algebraica de todas las fuerzas electromotrices es totalmente independiente de los conductores metlicos intermedios y es la misma que si se pusieran en contacto A y B.3. Ley de las temperaturas sucesivas. La f.e.m. generada por un termopar con sus uniones a las temperaturas T1 y T3 es la suma algebraica de la f.e.m. del termopar con sus uniones a T1 y T2, y de la f.e.m. del mismo termopar con sus uniones a las temperaturas T2 y T3.Por estas leyes, se hace evidente que en el circuito se desarrolla una pequea tensin continua, proporcional a la temperatura de la unin de medida, siempre que haya una diferencia de temperaturas con la unin de referencia. (Creus A. 2011)MATERIAL, EQUIPO Y SUSTANCIAS: MATERIALREACTIVOS

1 Termopar1 Galvanmetro1 Termmetro2 Vasos de precipitado de 500 ml.1 Parrilla elctricaAguaSalHielo

METODOLOGA.

RESULTADOS:

MUESTRATEMPERATURA% ESCALA (TRANSMITANCIA)%Error

AGUA CON SAL0C0 %----

AGUA CON SAL10C4%----

AGUA CON SAL20C7.5%----

AGUA CON SAL49C42%----

AGUA CON SAL50C71%----

AGUA CON SAL65C86%----

AGUA CON SAL80C100%----

Tabla 1.- Transmitancia en funcin de la temperatura.*Se aprecia en la Tabla 1 que a medida que aumenta la temperatura la transmitancia va en proporcionalidad con sta tambin en aumento.*No se puede comprobar el porcentaje de error ya que el termopar utilizado no indicaba la temperatura de ste, por lo que al ajustar los datos se deben de tomar los que indicaba el termmetro convencional.Frmula para calcular el % de error:% error = (Temp. Termmetro - Temp. Termopar)/ Temp. Termmetro x 100Ecuacin caracterstica del termopar: E = a+bt Dnde: E es la fuerza electromotriz (f.e.m) del circuito t es la diferencia de temperaturas de las soldaduras. a representa la variacin de tensin producida por la variacin de 1 de temperatura para cada par de materiales.Nota: *Se debi usar un termopar que indicara la temperatura del medio para posteriormente compararla con el termmetro y poder hacer el porcentaje de error, cosa que no se pudo.*DISCUSIN:El termopar es un dispositivo que se utiliza para medir la diferencia entre temperaturas, se puede utilizar como un termmetro pero no absoluto, ya que este mide una temperatura de transmitancia. El termopar utiliza 3 principios bsicos: el de Peltier el de Thompson y el de Seebeck. La combinacin de los dos aspectos; el de Peltier y el de Thompson, es la causa de la circulacin de corriente, al cerrar el circuito en el termopar. Esta corriente puede calentar el termopar y afectar la exactitud en la medida de la temperatura, por lo que durante la medicin, debe hacerse mnimo su valor.Se fabrica con dos conductores elctricos (termopar) distintos, soldados entre s en un punto de conexin. Cuando cambia la temperatura de la unin se crea una fuerza electromotriz FEM en la unin y este voltaje se puede medir con voltmetro u otro aparato electrnico. La seleccin de los alambres para termopares se hace de forma que tengan una resistencia adecuada a la corrosin, a la oxidacin a la reduccin y a la cristalizacin, que desarrollen una f.e.m. relativamente alta, que sean estables, de bajo coste y baja resistencia elctrica, y que la relacin entre la temperatura y la f.e.m. sea tal que el aumento de esta sea aproximadamente paralelo. (Creus A. 2011)El estado de los materiales del termopar afecta de una manera considerable a la lectura de los compuestos o elementos que se quiere verificar, si el termopar se utiliza para soluciones acuosas, es posible que el deterioro de los materiales tengas una significancia en la lectura del termopar. Si se encuentra un lquido con iones dispersos en l, la conductividad elctrica del termopar se puede ver afectada por las interacciones moleculares de los tomos con los electrones que circulan en el termopar. A su vez, la transmitancia en soluciones acuosas o liquidas (orgnicas) se altera debido a las fuerzas electromagnticas que influyen directamente dentro de las molculas de la solucin y las fuerzas electromagnticas inducidas por el termopar alterando las lecturas de temperatura y transmitancia.La magnitud de la FEM depende de los materiales de los conductores utilizados por el termopar y de sus condiciones metalrgicas. Subsecuentes cambios en la composicin del material causados par contaminacin, mecanismos extraos, o choques termales influyen y modifican la FEM.

Con el tiempo y el uso, la degradacin del termopar es inevitable, por lo que un esquema de: calibracin inicial, verificaciones regulares y reemplazo eventual, debe ser establecido. Si par razones prcticas la longitud de los termopares se incrementa, esta ser hecha por el empleo de la extensin correcta. El cable de extensin consiste de conductores hechos nominalmente del mismo material de los conductores del termopar. Con el fin de dar un mayor tiempo de vida al termopar, su alcance de medicin debe respetarse, ste depende del grosor de los alambres (calibre AWG) (Kern, 2004).En la prctica se observa que conforme disminuye la temperatura, el error que presenta el termopar es ms grande, en un principio se podra pensar que se debe a una falta de calibracin del galvanmetro que se us para medir, ya que tiene aos de uso, a esta des calibracin habra que agregarle, que como menciona la definicin, el termopar est diseado para medir altas temperaturas, por lo tanto, las temperaturas ms cercanas a 0C caen fuera del rango de medicin y es de esperar que el instrumento no sea tan sensible en los extremos de su capacidad de medicin. (CV, 2005)

CUESTIONARIO1.- Investigue que otros dispositivos se utilizan para medir temperatura y que rangos manejaTermmetro metlico: Este instrumento, tambin llamado de resistencia de platino, fue inventado en 1800, por Jorgensen. Es de gran precisin y se puede usar entre amplios lmites de temperatura. Aos ms tarde, Abraham Louis Breguet dise el termmetro trimetlico, formado por un resorte espiral, hecho de tres tiras de platino, oro y plata, soldadas entre s, y result ms eficaz que el metlico.Pirmetro: Instrumento para medir temperaturas extraordinariamente elevadas, como la de la lava de un volcn o la del interior de un horno de fundicin. Contiene un filamento que es calentado por una corriente elctrica, hasta que se pone al rojo vivo, y la temperatura se determina midiendo la corriente elctrica.Termohidrgrafo: Aparato para medir la humedad del ambiente. Est compuesto por un termmetro de mxima y mnima, y un depsito de agua destilada, que, mientras se evapora, el termmetro va registrando su temperatura.

2.- Investigar la composicin y rangos de varios tipos de termopares comerciales.COBRE CONSTANTANO (TIPO T): Estn formados por un alambre de cobre como conductor positivo y una aleacin de 60% de cobre y 40% de nquel como elemento conductor negativo. Tiene un costo relativamente bajo, se utiliza para medir temperaturas bajo o 0 C. Y como limite superior se puede considerar los 350 C, ya que el cobre se oxida violentamente a partir de los 400 C.HIERRO CONSTANTANO (TIPO J ): En este tipo de junta el hierro es electropositivo y el constantano electronegativo. Mide temperaturas superiores que el anterior ya que el hierro empieza a oxidarse a partir de los 700 C. No se recomienda su uso en atmsfera donde exista oxigeno libre. Tiene un costo muy bajo y esto permite que su utilizacin sea generalizada.CHROMEL ALUMEL (TIPO K): Una aleacin de 90% de nquel y 10% de cromo es el conductor positivo y un conductor compuesto de 94% de nquel, 2% de Aluminio, 3% de manganeso y 1% de Silicio como elemento negativo. Este termopar puede medir temperaturas de hasta 1200 C. Ya que el nquel lo hace resistente a la oxidacin. Se los utiliza con mucha frecuencia en los hornos de tratamientos trmicos. Su costo es considerable lo que limita su utilizacin. PLATINO RODIO PLATINO (TIPO R): Tienen como conductor negativo un alambre de platino y como conductor positivo una aleacin de 87% de platino con 13% de sodio. Este tipo de junta desarrollada ltimamente con materiales de alta pureza son capaces de medir hasta 1500 C si se utilizan las precauciones debidas. Son muy resistentes a la oxidacin pero no se aconseja su aplicacin en atmsferas reductoras por su fcil contaminacin con el hidrgeno y nitrgeno que modifican la respuesta del instrumento.PLATINO RODIO PLATINO ( TIPO S ): El conductor positivo es una aleacin de 90% de platino y 10% de Rodio mientras que conductor negativo es un alambre de platino. Sus caractersticas son casi similares al termopar anterior con la diferencia que no puede usarse a temperaturas elevadas porque los metales no son de alta pureza produciendo alteraciones de la lectura a partir de los 1000 C. en adelante.MOLIBDENO RENIO: Fue desarrollado recientemente y se utiliza para temperaturas inferiores a los 1650 C. Se recomienda usarlos en atmsferas inertes, reductoras o vaco ya que el oxigeno destruye al termopar.

TUNSTENO RENIO: Al igual que el anterior fue recientemente creado y no tiene datos normalizados de temperatura y mili voltajes. Puede medir temperaturas de hasta 2000 C, el oxigeno y los cambios bruscos de temperaturas destruyen al termopar. Funcionan perfectamente en atmsferas reductoras e inertes si se los protege con funda cermicas.IRIDIO IRIDIO RODIO: Puede medir como mximo 2.000 C. Su uso es recomendable en atmsferas oxidantes que contienen oxigeno libre. El Hidrgeno produce alteraciones permanentes en el termopar, reduciendo adems su vida til. TUNGSTENO TUNGSTENO RENIO: Tiene igual utilizacin que el tungsteno renio con la nica diferencia que genera mayor mili voltaje por grado. En la siguiente grfica se muestra el mili voltaje generado por los termopares a diversas temperaturas de su junta caliente y con su junta fra a una temperatura de referencia de 32 F o 0 C.Componentes Termoskin tipo "K" con angulo a 90, lazos de expansin y placa soldable. Ensamble de termopar compactado con niple tuerca niple, cabeza roscada y block cermico Ensamble de termopar tipo "K" TERMOSKIN compactado, conexin bridada lazos de expansin y placa soldable. Ensamble de termopar tipo "K" TERMOSKIN compactado, conexin roscada niple tuerca niple, lazos de expansin y placa soldable. Aislador ovalado Ensamble termopar Tubo protector cermico para termopares

CONCLUSIONES:Alcaraz Nava:A partir de un termopar hierro-constantan, utilizando como factor de medicin el agua como punto de referencia, la cual se calibr a una temperatura de 95C para su calibracin y as tener la transmitancia de calor a temperaturas menores, las cuales disminuan conforme disminua la temperatura.

Garca Mariscal: Se observ que se cumple las Leyes de los Metales Intermedios en los Termopares porque se observ que precisamente la unin de dos metales puede generar una corriente y tomando en cuenta que el Tipo J (Hierro / Constantn): tiene limitado su rango, el tipo J es menos popular. Son ideales para usar en viejos equipos que no aceptan el uso de termopares ms modernos y para empezar a practicar el manejo de termopares en Transferencia de Calor. El tipo J no puede usarse a temperaturas superiores a 760 C debido a una descalibracin permanente. Tienen un rango de -40 C a +750 C y una sensibilidad de ~52 V/C. Es afectado por la corrosin.Snchez Tagle: La transmitancia se observ durante el desarrollo del protocolo que a mayor temperatura, mayor es sta, puesto que las sales sumergidas en el agua se disuelven mejor a temperaturas altas, provocando que la conductividad de la solucin sea mayor.Urbano Mrquez: A pesar de que hubo problemas con la calibracin del equipo, una vez que este ya estuvo listo, la prctica se pudo llevar a cabo de manera satisfactoria ya que pudimos conocer el funcionamiento del termopar y cmo influyen los solutos disueltos en el agua con su transmitancia y como esta es proporcional a la temperatura. Valencia Juregui: Se observ cmo funciona el termopar, basndose la conductividad de los metales y la transmitancia de los iones (Na y Cl), con lo que se cumpli el objetivo del experimento, viendo los trminos analizados en la teora.

BIBLIOGRAFA:Zemansky M. (1976). Calor y Termodinmica. 4 Edicin. Aguilar S.A. Ediciones. Espaa. Creus A. (2011). Instrumentacin Industrial. 8 Edicin. Marcombo. Espaa.Kern, Donald Q. (2004). Procesos de Transferencia de Calor. 35 Edicin. Mxico.CV, J. T. (2005). Leyes De Los Metales Intermedios En Los Termopares. Mxico. JM Industrial Tecnologa SA de CV.