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INSTRUMENTOS TRMICOS

Catedra : Metrologa e Instrumentacin Elctrica ICatedratico : Ing. Csar Catay BuitrnIntegrantes : Blancas Hidalgo, Luis Enrique Jacinto Tacunan, Ruben Huaman Escalante, Fredy Montoya Tovar, Juan Manuel Oscanoa Guadalupe, Ronald Paredes Bastidas, Eusebio

Semestre:V

PERU HUANCAYO

INSTRUMENTOS TRMICOSAnte la falta de una definicin que nos aclare lo que son instrumentos trmicos, podemos nosotros mediante conceptos relativos tratar de conceptualizarlo de sta manera.Son aparatos que se usan para comparar magnitudes fsicas en este caso magnitudes con respecto a la temperatura y calor de los materiales.

1.-TERMOPARDescripcin de Temperatura La temperatura es una medicin de la energa cintica promedio de las partculas en una muestra de materia, que se expresa en unidades de grados o en una escala estndar. Usted puede realizar mediciones de temperatura de muchas formas diferentes, que varan con la exactitud y costo del equipo. TermoparLos termopares son unos de los sensores ms comunes empleados en la medicin de temperatura, ya que son relativamente econmicos brindando exactitud y adems pueden operar sobre un amplio rango de temperaturas.

Una termocupla se crea siempre que dos metales diferentes se tocan y el punto de contacto produce un pequeo voltaje en circuito abierto como una funcin de la temperatura. Este voltaje termoelctrico se conoce como el voltaje de Seebeck, en honor a Thomas Seebeck, quien lo descubri en el ao de 1821. El voltaje es no lineal con respecto a la temperatura. Sin embargo, para pequeos cambios en temperatura, el voltaje es aproximadamente lineal, es decir

Para qu mide un termopar?Para cuantificar la temperatura de los materiales a partir de un voltaje que est entre sus terminales Cmo mide un termopar?Para medir el voltaje de Seebeck en un termopar, usted no puede simplemente conectar la termopar a un voltmetro u otro sistema de medicin, ya que la conexin de los cables de la termopar con el sistema de medicin crea circuitos termoelctricos adicionales.

Figura 1. Termopar Tipo J

Considere el circuito mostrado en la Figura 1, en el cual un termopar tipo J se encuentra en la llama de una vela, que es la temperatura que se desea medir. Los dos cables de la termopar estn conectados a los cables de cobre que van hacia el dispositivo de adquisicin de datos. Observe que el circuito posee tres uniones diferentes de metales J1, J2 y J3. J1, la unin del termopar, genera un voltaje de Seebeck proporcional a la temperatura en la llama de la vela. J2 y J3 poseen individualmente su propio coeficiente de Seebeck y generan su propio voltaje termoelctrico que es proporcional a la temperatura de los terminales de adquisicin de datos. Para determinar la contribucin en el voltaje por J1, usted requiere conocer las temperaturas de las uniones J2 y J3 as como las relaciones voltaje-a-temperatura de estas uniones. Entonces usted podr sustraer las contribuciones de las uniones parsitas J2 y J3 del voltaje medido para la unin J1.

Las termopares requieren alguna forma de temperatura de referencia para compensar las uniones en fro parsitas no deseadas. El mtodo ms comn es medir la temperatura en la unin de referencia con un sensor de temperatura de lectura directa y sustraer las contribuciones de voltaje de las uniones parsitas. Este proceso se denomina compensacin por unin-en-fro. Usted puede simplificar el clculo de compensacin por unin-en-fro aprovechando algunas caractersticas de las termopares.

Usando la Ley de termopar para Metales Intermedios y tomando algunas suposiciones simples, usted puede ver que el voltaje medido por un sistema de adquisicin de datos depende nicamente del tipo de la termopar, del voltaje en la termopar y la temperatura de la unin-en-fro. El voltaje medido es independiente de la compensacin de los cables de medicin y de las uniones-en-fro, J2 y J3.

De acuerdo con la Ley de termopar para Metales Intermedios, que se ilustra en la Figura 2, al insertar cualquier tipo de cable dentro del circuito de una termopar no se tiene efecto en la salida siempre y cuando ambos terminales del cable estn a la misma temperatura, es decir, sean isotrmicos.

2.-TERMOSTATOUn termostato es el componente de un sistema de control simple que abre o cierra un circuito elctrico en funcin de la temperatura.Su versin ms simple consiste en una lmina bimetlica como la que utilizan los equipos de aire acondicionado para apagar o encender el compresor.Otro ejemplo lo podemos encontrar en los motores de combustin interna, donde controlan el flujo del lquido refrigerante que regresa al radiador dependiendo de la temperatura del motor.

Termostato bimetlico de control automtico. Para que mide el termostato?Para medir y regular la temperatura en un nivel prefijado encendiendo y apagando automticamente el aparato climatizador. Cmo mide el termostato?Consiste en dos lminas de metal unidas, con diferente coeficiente de dilatacin trmico. Cuando la temperatura cambia, la lmina cambia de forma actuando sobre unos contactos que cierran un circuito elctrico.Pueden ser normalmente abiertos o normalmente cerrados, cambiando su estado cuando la temperatura alcanza el nivel para el que son preparados.Cual es la funcion de un termostato?, o; para que sirve?. Mecanica automotriz

El termostato; se encuentra alojado regularmente en el cuello, o estructura del motor, donde conecta la manguera superior que viene del radiador.

En otros casos viene instalada en la manguera que, conecta la parte inferior del radiador.

La funcin de un termostato consiste, en evitar que el agua fluya dentro del motor, hasta que este, no haya llegado a su temperatura de funcionamiento, de acuerdo con las especificaciones del fabricante.

En cuanto el motor alcanza su temperatura de funcionamiento, el material del que esta hecho el termostato, dilata su resistencia, permitiendo que la presin del agua caliente, abra la compuerta , y de esta manera el agua circula por todo el sistema de enfriamiento

El termostato que se muestra en la fotografa, es tpico en varios modelos de Toyota

Algunos termostatos traen un pequeo agujero, que permite aligerar la presin dentro del motor.

Este agujero por lo general obliga a que el termostato se instale, haciendo que el agujero, siempre quede hacia la parte de arriba.

Esto es visible en los termostatos que se alojan a un lado del motor.

Es difcil explicar esta posicin cuando el termostato se ubica encima; pero tngalo en cuenta, para encontrar la posicin especifica, del termostato de su vehculo]

En la ilustracin podemos observar, la forma o modo tpico de instalacin del termostato

Como es usual existen las excepciones; y aqu mostramos La foto, que corresponde a la estructura donde se aloja el termostato de un motor 3.0L 3.3L usado por Nissan Quest/Mercury villager; ao 1997/2000.

Como se puede observar, el termostato, es instalado o alojado en la parte desprendible, donde se conecta la manguera de bypass, en el frente del motor, haciendo bastante difcil su instalacin, y la forma de colocar el gasket o empaque.

La posicin correcta es la mostrada en la fotografa

El termostato, sincroniza su funcionamiento, con el abanico, o ventilador elctrico que lleva instalado el radiador. Mientras el agua no alcanza la temperatura de funcionamiento, el termostato permanece cerrado; pero una vez abierto; es el abanico o ventilador el encargado de controlar la temperatura del agua en todo el sistema.

Los abanicos, o ventiladores estn diseados para soplar hacia el motor, lgicamente que el aire que sopla, es el que extrae desde el otro lado del radiador.

De esta manera hace un doble trabajo, refresca el agua del radiador; y sopla aire hacia el motor enfrindolo.

En conclusin. El termostato cierra el flujo de agua hacia el motor mientras este, esta frio. Si el termostato se pega en posicin cerrada, corre peligro de sobrecalentarse el motor; y si se pega en posicin abierta, aumentara el consumo de combustible.

El abanico o ventilador elctrico, es controlado por un interruptor trmico, que lo hace trabajar cuando la temperatura del agua, excede la tolerancia de funcionamiento del motor.

Los abanicos funcionan al activarse un relay que los controla- estos relay o relevadores llevan el nombre de "Fan 1 y/o Fan 2", cuando tienen dos velocidades.[se entiende que la activacin de estos componentes obedece al sistema de control el motor ECM]

Por que es importante, el uso del termostato?

Antes de todo, recordemos: Todo motor de combustin interna, tiene dos etapas de funcionamiento, una es en frio, y la otra es en caliente.

Cuando el motor esta frio, necesita una mezcla rica de: combustible/aire para empezar su funcionamiento. Cuando el motor calienta, se normaliza la mezcla.

Por esta razn; tanto los "carburadores", como los de "sistema fuel injection", llevan mecanismos, y controles electrnicos, que regulan, esta funcin haciendo el cambio respectivo.

Todos los motores de vehculos; poniendo nfasis en los que estn equipados con sistema "fuel injection"; requieren cierta temperatura; regularmente 185 grados Fr. para su correcto funcionamiento.

Estos vehculos traen una computadora, que funciona cuando el motor alcanza esa temperatura. La funcin de la computadora, o modulo de control, consiste: en monitorear, y corregir el funcionamiento del motor, haciendo uso de sus sensores, y actuadores.

Si; el sensor de temperatura, no alcanza la temperatura especificada por el fabricante; la computadora se mantendr con el circuito abierto[open loop]; y el motor seguir funcionando con el programa de funcionamiento en frio, dando como consecuencia un consumo excesivo de gasolina.

El consumo excesivo de gasolina, daa vlvulas, convertidor cataltico; entre otras cosas relativas al motor.

En conclusin: El uso de un termostato es importante; como tambin es importante renovarlo, por lo menos una vez al ao; a fin de asegurarse su correcto funcionamiento.

Se puede prescindir de un termostato, solo en casos de emergencia; y por un corto tiempo. Lo normal es que siempre tenga instalado, uno en buenas condiciones.

Y finalmente; debemos dejar claro:

El mito de confundir al usuario, con el argumento de; " Si tenemos un clima caluroso, no necesitamos termostato, porque el motor se calienta mas" no pasa de ser eso un MITO.

Lo real es lo siguiente : el Termostato regula la temperatura dentro del motor, sin importar el clima exterior; haga frio o calor, el termostato siempre abrir a la temperatura especificada por el fabricante,

El motor requiere mantener una temperatura adecuada para un optimo rendimiento; algunos sensores necesitan sentir la temperatura especificada, de lo contrario la computadora omitira el funcionamiento de algunos de sus actuadores, causando fallas, en algunos casos de graves consecuencias

Cuando el motor no tiene un termostato instalado, el agua o liquido enfriante [coolant], se mantendr circulando o corriendo dentro del circuito, impulsado por la bomba de agua; lo que convertira en ilgico la ubicacin de ciertos sensores colocados en la parte interna del circuito, del lado del motor despus del termostato; ya que la temperatura del agua circulando no alcanzara los grados suficientes para motivar su variacin de seal.

Si usted asume que tiene problemas, relacionados a la temperatura del motor; visite nuestras paginas de "Diagnostico" al sistema de enfriamiento; y ubquese en la solucin del problema; un termostato pegado en posicin cerrado, es solo una de la posibles causas.

3.-Termistor

Compuesto de una mezcla sintetizada de xidos metlicos, el termistor es esencialmente un semiconductor que se comporta como un resistor trmico con un coeficiente trmico de temperatura negativo de valor muy elevado. Cmo mide el termistor?La resistencia de un termistor a la temperatura ambiente puede disminuir hasta 6% por cada 1 C de grado de temperatura.Esta elevada sensibilidad a variaciones de temperatura hace que el termistor sea muy adecuado para mediciones precisas de de temperatura utilizando para aplicaciones de control y compensacin en el rango de 150C y 450C Para qu mide el termistor?Para la medicin o deteccin de temperatura tanto en gases como lquidos o slidos. A causa de su muy pequeo tamao, se los encuentra normalmente montados en sondas o alojamientos especiales que pueden ser especficamente diseados para posicionarlos y protegerlos adecuadamente cualquiera sea el medio donde tengan que trabajar.

4.-Termmetro de resistenciaLos termmetros de resistencia o termmetros a resistencia son transductores de temperatura, los cuales se basan en la dependencia de la resistencia elctrica de un material con la temperatura, es decir, son capaces de transformar una variacin de temperatura en una variacin de resistencia elctrica.

Termmetro de Resistencia: En este termmetro se mide la temperatura de los cuerpos a travs de los cambios que experimenta la resistencia de un material con la energa trmica.

Importancia de un instrumento de medicin trmico en un transformadorDiagnstico de TransformadoresPOR QU ES NECESARIO UN DIAGNSTICO DEL TRANSFORMADOR?El transformador elctrico es una mquina considerada como un elemento fiable en las instalaciones. No obstante, los materiales estn sometidos a temperatura y gradiente de campo elctrico, provocando un envejecimiento en el aislamiento.Cuando se produce algn esfuerzo, por ejemplo; cambio de carga, sobretensin de origen atmosfrico o de maniobra, si los materiales no estn en buen estado, pueden dar origen a una avera que en muchos casos no se manifiesta de manera inmediata por lo que se denomina latente.La experiencia muestra que aproximadamente un veinte por ciento de los transformadores presenta sntomas de averas latentes que producirn una desconexin intempestiva.CMO SE DETERIORA EL TRANSFORMADOR?

Como consecuencia de los cambios de carga, la temperatura del transformador, y la del aceite, cambian. Por ello vara el nivel del aceite en el depsito de expansin, saliendo y entrando aire. A pesar del silicagel entra humedad y pasa al aceite.Slo unos veinte miligramos de agua por kilogramo de aceite, 20 ppm, pueden provocar la cada del cincuenta por ciento de la rigidez dielctrica. Esto supone un evidente peligro para la seguridad de las personas y la instalacin ya que es el aceite aislante el que soporta, casi l solo, el aislamiento a tierra.Por otra parte, el aceite alcanza una temperatura lo suficientemente elevada como para reaccionar con el oxgeno que tiene disuelto. Los productos de descomposicin son polares, a diferencia del aceite aislante que est formulado a base de compuestos apolares, y adems se forman compuestos de polimerizacin que se depositan en el transformador (depsitos).Los depsitos dificultan la refrigeracin del transformador elevando su temperatura de funcionamiento. Esto produce una descomposicin ms rpida del aceite al elevarse la temperatura. Algunos de los productos de descomposicin del aceite son cidos.Los compuestos polares contribuyen a aumentar las prdidas dielctricas del transformador, que como en el caso de los sedimentos, elevan la temperatura del aceite.CMO SE REALIZA EL CONTROL DEL ESTADO DEL ACEITE?Por todo lo anterior, las caractersticas que la Comisin Electrotcnica Internacional (CEI) recomienda controlar peridicamente en su publicacin 60422 3 ed. de 2005 son las siguientes:Aspecto; Tensin de Ruptura; Contenido en Agua; ndice de Neutralizacin; Prdidas Dielctricas (Tg )De los ensayos se deduce: El estado del aceite es satisfactorio. Si hay un problema de contaminacin y conviene filtrar bajo vaco y eliminar agua, o se aprecia un deterioro qumico y se evala con ensayos complementarios si se puede regenerar el aceite filtrando a travs de tierras adsorbentes, o hay que sustituir el aceite.Debe evitarse la prctica de filtrar el aceite si no es necesario, ya que esto puede contribuir a un envejecimiento prematuro, encareciendo adems el mantenimiento.6.6 Termmetro, termostato y sonda PT100

El transformador llevar incorporadas dos vainas. Una de ellas, para lainsercin de un termostatos para alarma y desconexin del mismo por temperatura.

La otra vaina estar prevista para insertar un termmetro con cuatrocontactos, (indicadores de la temperatura del aceite capa superior yaccionamiento del equipo de electro-ventiladores).

El transformador incorporar en el interior del bobinado una sonda PT100.