2014
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas
Ingeniería Química Industrial Laboratorio De Instrumentación y Control
Practica #8 “Potenciómetro Patrón” Profesora: Concepción Soberantes Pérez Alumnas: Jiménez Hernández Jocelyn Lizanet Pérez Ordoñez Monserrat Grupo: 8IV1 Fecha de entrega: 21 de Abril del 2014
Instituto Politécnico Nacional Escuelas Superior De Ingeniería Química E Industrias Extractivas Práctica #8
Medición de temperatura por medio de termopares
y
resistencia)
y
RTD calibración
(termómetros del
de
movimiento
utilizado un potenciómetro patrón.
Laboratorio de Instrumentación y Control
Página 2
Instituto Politécnico Nacional Escuelas Superior De Ingeniería Química E Industrias Extractivas Práctica #8
¿Qué es el Potenciómetro patrón?
El potenciómetro original es un tipo de puente de circuito para medir voltajes. La palabra se
deriva de “voltaje potencial” y “potencial” era usado para referirse a “fuerza”. El potenciómetro original se divide en cuatro clases: el potenciómetro de resistencia constante, el potenciómetro de corriente constante, el potenciómetro microvolt y el potenciómetro termopar.
¿Cómo funciona? Los potenciómetros son dispositivos relativamente simples. Uno de los tres terminales que tiene cada potenciómetro es conectado a la fuente de electricidad y otro es conectado a un punto neutral (toma de tierra – un punto con voltaje cero y sin resistencia). El tercer terminal se conecta a una resistencia. Esta resistencia generalmente está construida en una pieza cuya resistividad (nivel de resistencia) va creciendo desde un extremo hasta el otro. Este tercer terminal es el que manipula el usuario a través de un mando o palanca. CONTROL DEL VOLTAJE Los potenciómetros también se pueden utilizar para controlar
la
diferencia
de
potencial,
también
llamada tensión eléctrica o voltaje, entre varios circuitos
eléctricos.
La
configuración
del
potenciómetro para utilizarlo para este fin es un poco más compleja que la anterior. Están involucrados al menos dos circuitos, el primero actúa como una batería o celda eléctrica y el segundo como una resistencia o resistor. El primer
Laboratorio de Instrumentación y Control
Página 3
Instituto Politécnico Nacional Escuelas Superior De Ingeniería Química E Industrias Extractivas Práctica #8
circuito se conecta al segundo en serie. El segundo circuito se conecta por el otro extremo al potenciómetro en paralelo.
Reóstatos Cuándo se utilizan potenciómetros con sólo dos terminales, el potenciómetro actúa como un tipo de resistor variable conocido como reóstato. Los reóstatos son similares a los potenciómetros pero son capaces de soportar niveles de tensión e intensidad eléctrica muchísimo mayores que los potenciómetros. Los reóstatos se utilizan en ingeniería eléctrica a nivel industrial
Los primeros y más usados son los mecánicos. Los hay rotatorios, lineales, logarítmicos y senoidales.
Logarítmicos: Estos son empleados normalmente para audio por su manera asimétrica de comportarse ante la variación de su eje, al principio sufriremos un incremento de la resistencia muy leve, hasta llegar a un punto en que el incremento será mucho mayor.
Senoidales. La resistencia es proporcional al seno del ángulo de giro. Dos potenciómetros senoidales solidarios y girados 90° proporcionan el seno y el coseno del ángulo de giro.
Potenciómetros Digitales. Se usan para sustituir a los mecánicos simulando su funcionamiento y evitando los problemas mecánicos de estos últimos. Está formado por un circuito integrado que simula el comportamiento de su equivalente analógico.
Laboratorio de Instrumentación y Control
Página 4
Instituto Politécnico Nacional Escuelas Superior De Ingeniería Química E Industrias Extractivas Práctica #8
Ley de los circuitos homogéneos En un circuito de un único metal homogéneo, no se puede mantener una corriente termoeléctrica mediante la aplicación exclusiva de calor aunque se varíe la sección transversal del conductor.
Ahora, observando la siguiente figura, la temperatura T3 y T4 no cambia la fuerza termo electromotriz debido a T1 y T2. En particular, si T1=T2 y se calientan A o B no fluye corriente alguna. Es decir, las temperaturas intermedias a que pueda estar sometido cada conductor no alteran la fuerza electromotriz debida a una determinada diferencia de temperatura entre las uniones.
Esta ley establece que si un tercer metal (en este caso, hierro) se encuentra insertado entre dos metales distintos formando dos uniones termopar, no contribuirá a la tensión de salida del circuito termoeléctrico formado si estas dos uniones se encuentran a la misma temperatura.
Laboratorio de Instrumentación y Control
Página 5
Instituto Politécnico Nacional Escuelas Superior De Ingeniería Química E Industrias Extractivas Práctica #8
De acuerdo con esta ley, el cable inferior de la figura, queda reducido a una unión cobreconstatan a la temperatura Tref. Con este resultado ha sido posible eliminar el cable de hierro quedando el circuito total representado en la siguiente figura.
Ley de las temperaturas sucesivas o intermedias. Dos metales homogéneos diferentes producen una tensión V12, cuando sus uniones están a T1 y T2, ver figura.
• Ahora hay una tensión V23 cuando están a temperaturas T2 y T3, ver figura.
Entonces, la tensión que aparecerá cuando las uniones se encuentren a T1 y T3 será la suma de las caídas de tensión V12 + V23 e igual a V13.
Laboratorio de Instrumentación y Control
Página 6
Instituto Politécnico Nacional Escuelas Superior De Ingeniería Química E Industrias Extractivas Práctica #8
La exactitud de las mediciones realizadas con el potenciómetro depende de: La uniformidad de la resistividad por unidad de longitud de Rd a lo largo de todo el alambre. La exactitud de la pila patrón. La sensibilidad del galvanómetro. Cuanto más sensible sea este instrumento, será capaz de detectar mejor pequeñas variaciones de corriente, y por lo tanto permitirá un mejor ajuste de las resistencias. La estabilidad de la batería de trabajo. Como dijimos anteriormente, la exactitud de la medición no depende del valor de dicha batería, pero sin embargo depende de que dicho valor permanezca constante durante el proceso de normalización y de medición. Aplicaciones: Potenciómetros son compactos dispositivos utilizados para ajustar el voltaje en puntos específicos en un circuito. Ellos son los más comúnmente utilizados para controlar la salida de audio de radios y televisores. Volumen, graves, agudos, y el equilibrio de los altavoces están ajustados con potenciómetros. Asimismo, controlar el brillo, el contraste y balance de color en los televisores. Reóstatos se utilizan teniendo en cuenta los reguladores para controlar el actual llegando a las luces.
TERMOPARES
Un termopar en un dispositivo para la medición de temperatura, basados en efectos termoeléctricos. Es un circuito formado por dos conductores de metales diferentes unidos en sus extremos y entre cuyas uniones existe diferencia de temperatura, que origina una fuerza electromotriz. Laboratorio de Instrumentación y Control
Página 7
Instituto Politécnico Nacional Escuelas Superior De Ingeniería Química E Industrias Extractivas Práctica #8
Enelextremocontrarioalaunióncaliente(uniónfríaodereferencia)apareceunadiferenciade potencial(Voltios),proporcionalaladiferenciadetemperaturaentreambosextremos.Obse rvarquehayunextremopositivoyotronegativo.
Laboratorio de Instrumentación y Control
Página 8
Instituto Politécnico Nacional Escuelas Superior De Ingeniería Química E Industrias Extractivas Práctica #8
La medida con termopares se realiza conectando este a un voltímetro. Pero esto crea uniones (J2yJ3) entre metales diferentes que generan a su vez termopares, de modo que la tensión medida por el voltímetro es la suma de las tres tensiones. En la figura se ha esquematizado una situación real, yaqueloscablesdeltermoparterminanenunionesJ2yJ3conelcobredelcircuitoelectrónico demediada.
Laboratorio de Instrumentación y Control
Página 9
Instituto Politécnico Nacional Escuelas Superior De Ingeniería Química E Industrias Extractivas Práctica #8
Laboratorio de Instrumentación y Control
Página 10
Instituto Politécnico Nacional Escuelas Superior De Ingeniería Química E Industrias Extractivas Práctica #8
Laboratorio de Instrumentación y Control
Página 11
Instituto Politécnico Nacional Escuelas Superior De Ingeniería Química E Industrias Extractivas Práctica #8
Laboratorio de Instrumentación y Control
Página 12
Instituto Politécnico Nacional Escuelas Superior De Ingeniería Química E Industrias Extractivas Práctica #8
Temperatura
mVolts
°C
experimentales
35
1.27
40
1.57
50
3.17
60
3.57
70
4.17
80
4.57
90
5.07
100
5.67
110
6.07
120
6.57
130
7.17
140
7.67
150
8.17
160
8.57
170
9.27
180
9.77
190
10.47
200
10.87
210
11.27
220
11.47
230
12.07
240
12.57
250
13.37
Laboratorio de Instrumentación y Control
Página 13
Instituto Politécnico Nacional Escuelas Superior De Ingeniería Química E Industrias Extractivas Práctica #8
Gráfica No. 1 "Temperatura Vs. Milivolts" 15 14 13 12 11 10
mVolts
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150160170180190200210220230240250260 Temperatura (°C)
Laboratorio de Instrumentación y Control
Página 14
Instituto Politécnico Nacional Escuelas Superior De Ingeniería Química E Industrias Extractivas Práctica #8
Temperatura
mVolts
mVolts
°C
experimentales
teóricos
35
1.27
1.795
40
1.57
2.06
50
3.17
2.58
60
3.57
3.11
70
4.17
3.65
80
4.57
4.19
90
5.07
4.73
100
5.67
5.27
110
6.07
5.81
120
6.57
6.36
130
7.17
6.9
140
7.67
7.45
150
8.17
8
160
8.57
8.56
170
9.27
9.11
180
9.77
9.67
190
10.47
10.22
200
10.87
10.78
210
11.27
11.34
220
11.47
11.89
230
12.07
12.45
240
12.57
13.01
250
13.37
13.56
Laboratorio de Instrumentación y Control
Página 15
Instituto Politécnico Nacional Escuelas Superior De Ingeniería Química E Industrias Extractivas Práctica #8
El equipo está ya muy viejo así que tuvo algunas complicaciones ala hacer la conexiones En una porque los cables no hacían contacto esto complico un poco ya que el registrador de temperatura no se movía la aguja y después se movía muy rápido y tardamos un poco en que el equipo estuviera estable. Al hacer la manipulación de las perillas no eran muy buenas ya que como que se atoraban.
En esta práctica se observó el comportamiento de un potenciómetro patrón que es un tipo de puente de circuito para medir voltajes a ciertas temperaturas, para poder ver el comportamiento de un termopar se denomina a la unión de dos alambres conductores con diferente composición metalúrgica. El termopar genera una fuerza electromotriz (fem) que depende de la diferencia de temperatura de la junta caliente o de medida y la unión fría o de referencia, así como de la composición del termopar. En el análisis de graficas se puede concluir que aunque se tuvo alguno problemas al hacer la conexión los resultado s no fueron tan malos estos valores experimentales esto se refleja en la gráfica 1 puesto que se compara los mvolts teóricos contra los mvolts experimentales y no hay una gran variación en toda la gráfica solo muy pequeños que fue en el inicio de la recta y al final que se desvía un poco. Esto quiere decir que la estabilidad de la batería de trabajo. Influye, la exactitud de la medición no depende del valor de dicha batería, pero sin embargo depende de que dicho valor permanezca constante durante el proceso de normalización y de medición.
Los termopares actualmente tienen grandes e importantes aplicaciones industriales ya que casi todos los procesos en la industria requieren un estricto control de la temperatura y el uso de termopares ayuda a la automatización del control de la temperatura ya que se pueden implementar programas que Laboratorio de Instrumentación y Control
Página 16
Instituto Politécnico Nacional Escuelas Superior De Ingeniería Química E Industrias Extractivas Práctica #8
ejecuten acciones específicas dependiendo de la temperatura que se tenga en un momento dado del proceso industrial.
Cambiar el equipo ya que ya no funciona muy bien. Que nos den un manual previo para la para la práctica a realizar más que nada sería un instructivo de como realizará la experimentación.
OBSERVACIONES
La temperatura ambiente afecta las lecturas de los termopares.
En el desarrollo experimental utilizamos un termopar tipo J.
La mayoría de los errores de medición son causados por uniones no intencionales del termopar.
Para minimizar la desviación térmica y mejorar los tiempos de respuesta, los termopares están integrados con delgados cables.
La difusión de partículas atmosféricas en el metal a los extremos de la temperatura de operación causa desajustes.
La salida de un termopar es una pequeña señal, así que es susceptible de error por ruido eléctrico.
Laboratorio de Instrumentación y Control
Página 17
Instituto Politécnico Nacional Escuelas Superior De Ingeniería Química E Industrias Extractivas Práctica #8
CONCLUSIONES En base a nuestros objetivos calibramos un milivoltmetro utilizando el potenciómetro patrón. Con la fuente de tensión de referencia medimos con un termopar tipo “J” la temperatura. Las características de este tipo de termopares tiene un rango de utilización es de -270°C a +1200°C. Debido a sus características se recomienda su uso en atmósferas inertes, reductoras o en vacío, su uso continuado a 800°C no presenta problemas, su principal inconveniente es la rápida oxidación que sufre el hierro por encima de 550°C y por debajo de 0°C es necesario tomar precauciones a causa de la condensación de vapor de agua sobre el hierro. Los termopares son clasificados según la composición de sus metales, los cuales les atribuyen unas propiedades térmicas, una linealización polinómica y un coeficiente de sensibilidad. Sabemos que los metales internos están unidos generando una fuerza electromotriz que es lo que permite su funcionamiento. Calibrar un termopar consiste en la comparación de un patrón trazable con el termopar mediante un método validado y acreditado aportando niveles de fiabilidad y seguridad en los procesos. Los termopares son económicos, intercambiables, tienen conectores estándar, abarcan un gran rango de medición de temperatura (depende del tipo de termopar).
RECOMENDACIONES El laboratorio de instrumentación debería de contar con un área específica y con las condiciones adecuadas para el buen desarrollo experimental.
Laboratorio de Instrumentación y Control
Página 18
Instituto Politécnico Nacional Escuelas Superior De Ingeniería Química E Industrias Extractivas Práctica #8
Acedo Sánchez J. “Instrumentación y control avanzado de procesos”. Ed. Díaz de Santos. Díaz Murillo. “Laboratorio de Instrumentación y Control”. I.P.N http://www.areatecnologia.com/electronica/potenciometro.html http://www.disa.bi.ehu.es/spanish/asignaturas/15212/TEMA_2_Introduc cionInstrumentacion.pdf http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_industrial/instrumentacionindust rial/ http://www.termokew.mx/termopares.php http://www.metas.com.mx/guiametas/La-Guia-MetAs-02-07-TC.pdf
Laboratorio de Instrumentación y Control
Página 19
