INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍAANTONIO JOSÉ DE SUCRE

INSTRUMENTACIÓN Y CONTROLPARCIAL No 2. (20%)

NOMBRE : Raúl Mujica CI:12.021.974 SECCIÓN:s1 Ing. Marienny Arrieche

Métodos de Medición de Temperatura RTD

1. Concepto de Termómetro de Resistencia RTD

Los detectores de temperatura basados en la variación de una resistencia eléctrica se suelen designar con sus siglas inglesas RTD (Resistance Temperature Detector). Dado que el material empleado con mayor frecuencia para esta finalidad es el platino, se habla a veces de PRT (Platinum Resistance Thermometer).

Un termómetro de resistencia es un instrumento utilizado para medir las temperaturas aprovechando la dependencia de la resistencia eléctrica de métales, aleaciones y semiconductores (termistores) con la temperatura; tal es así que se puede utilizar esta propiedad para establecer el carácter del material como conductor, aislante o semiconductor.

2. Características principales de las RTD

• Alto coeficiente de temperatura de la resistencia, ya que de este modo el instrumento de medida será muy sensible. • Alta resistividad, ya que cuanto mayor sea la resistencia a una temperatura dada, mayor será la variación por grado; mayor sensibilidad. • Relación lineal resistencia-temperatura. • Rigidez y ductilidad, lo que permite realizar los procesos de fabricación de estirado y arrollamiento del conductor en las bobinas de la sonda a fin de obtener tamaños pequeños (rapidez de respuesta).

3. Ventajas

Margen de temperatura bastante amplio. Proporciona las medidas de temperatura con mayor exactitud y repetitividad. El valor de resistencia del RTD puede ser ajustado con gran exactitud por el

fabricante (trimming), de manera que su tolerancia sea mínima. Además, éste será bastante estable con el tiempo.

Los RTD son los más estables con el tiempo, presentando derivas en la medida del orden de 0.1 °C/año.

La relación entre la temperatura y la resistencia es la más lineal.

Los sensores RTD tienen una sensibilidad mayor que los termopares. La tensión debida a cambios de temperatura puede ser unas diez veces mayor.

La existencia de curvas de calibración estándar para los distintos tipos de sensores RTD (según el material conductor,   y ), facilita la posibilidad de intercambiar sensores entre distintos fabricantes.

A diferencia de los termopares, no son necesarios cables de interconexión especiales ni compensación de la unión de referencia.

4. Desventajas Dado que el platino y el resto de materiales conductores tienen todos una

resistividad muy baja, para conseguir un valor significativo de resistencia será necesario devanar un hilo de conductor bastante largo, por lo que, sumando el elevado coste de por sí de estos materiales, el coste de un sensor RTD será mayor que el de un termopar o un termistor.

El tamaño y la masa de un RTD será también mayor que el de un termopar o un termistor, limitando además su velocidad de reacción.

Los RTD se ven afectados por el auto calentamiento. Los RTD no son tan durables como los termopares ante vibraciones, golpes. No tener en cuenta la resistencia de los hilos de interconexión puede suponer un

grave error de medida. Por ejemplo, para un Pt100 con   = 0.00385  /K, la variación de resistencia será de 0.385  /°C. Para el circuito de la figura:

Efecto de la resistencia de los hilos de interconexiónLa resistencia de 10   introducida por el conexionado supondrá un error de (10 )/(0.385  /°C) = 26 °C. Por ello, será necesario utilizar técnicas de medida más complejas, como por ejemplo, la medida a cuatro hilos.

Medida a cuatro hilos

En definitiva, los RTD son los más apropiados para aplicaciones en las que la exactitud de la medida es crítica mientras que la velocidad y el coste son menos importantes.

5. Aplicaciones

El empleo de un conductor para la medida de temperaturas, basándose en el comportamiento descrito anteriormente está sometido a varias limitaciones. En primer lugar, es obvio que no se podrán medir temperaturas próximas ni superiores a la de fusión del conductor. En segundo lugar, para poder medir una temperatura determinada con este método es necesario que el sensor esté precisamente a dicha temperatura.

Habrá que evitar, pues, auto calentamientos provocados por el circuito de medida. La capacidad de disipación de calor, para un determinado sensor en un ambiente concreto, viene dada por el coeficiente de disipación, y depende del tipo de fluido y su velocidad, en el caso en que sea posible la evacuación de calor por convección. Otra limitación a considerar es la posible presencia de deformaciones mecánicas, provocan también un cambio en el valor de la resistencia eléctrica de un conductor. Esta situación puede darse, inadvertidamente, al medir, por ejemplo temperaturas superficiales mediante un elemento adherido a la superficie.

Termopares

1. Concepto de Termopares

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.

2. Tipos Comunes de Termopares

Para escoger los materiales que forman el termopar se deben tomar en cuenta algunos factores que garanticen su mantenimiento y comercialización. De esta forma se han desarrollado los siguientes tipos:

 COBRE – CONSTANTANO (TIPO T)

 Están formados por un alambre de cobre como conductor positivo y una aleación de 60% de cobre y 40% de níquel como elemento conductor negativo.  Tiene un costo relativamente bajo, se utiliza para medir temperaturas bajo o 0 °C. Y como límite superior se puede considerar los 350º C, ya que el cobre se oxida violentamente a partir de los 400º C.

 HIERRO – CONSTANTANO (TIPO J)

   En este tipo de junta el hierro es electropositivo y el Constantino electronegativo.  Mide temperaturas superiores que el anterior ya que el hierro empieza a oxidarse a partir de los 700º C.  No se recomienda su uso en atmósfera donde exista oxigeno libre.  Tiene un costo muy bajo y esto permite que su utilización sea generalizada.

 CHROMEL – ALUMEL (TIPO K)

 Una aleación de 90% de níquel y 10% de cromo es el conductor positivo y un conductor compuesto de 94% de níquel, 2% de Aluminio, 3% de manganeso y 1% de Silicio como elemento negativo. Este termopar puede medir temperaturas de hasta 1200º C.  Ya que el níquel lo hace resistente a la oxidación.  Se los utiliza con mucha frecuencia en los hornos de tratamientos térmicos.  Su costo es considerable lo que limita su utilización.

 PLATINO RODIO – PLATINO (TIPO  R)

 Tienen como conductor negativo un alambre de platino y como conductor  positivo una aleación de 87% de platino con 13% de sodio.  Este tipo de junta desarrollada últimamente con materiales de alta pureza son capaces de medir hasta 1500º C si se utilizan las precauciones debidas. Son muy resistentes a la oxidación pero no se aconseja su aplicación en atmósferas reductoras por su fácil  contaminación con el hidrógeno y nitrógeno que modifican la respuesta del instrumento.

 PLATINO RODIO – PLATINO (TIPO  S)

 El conductor positivo es una aleación de 90% de platino y 10% de  Rodio mientras que conductor negativo es un alambre de platino. Sus características 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 1000º C. en adelante.

 MOLIBDENO – RENIO

 Fue desarrollado recientemente y se utiliza para temperaturas inferiores a los 1650º C.  Se recomienda usarlos en atmósferas inertes, reductoras o vacío 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 2000º C, el oxigeno y los cambios bruscos de temperaturas destruyen al termopar.  Funcionan perfectamente en atmósferas reductoras e inertes si se los protege con funda cerámicas.

 IRIDIO – IRIDIO RODIO

 Puede medir como máximo 2.000 C.  Su uso es recomendable en atmósferas  oxidantes que contienen oxigeno libre.  El Hidrógeno produce alteraciones permanentes en el  termopar, reduciendo además su vida útil.

 TUNGSTENO – TUNGSTENO RENIO

            Tiene igual utilización que el tungsteno – renio con la única diferencia que genera mayor mili voltaje por grado.  En la siguiente gráfica se muestra el mili voltaje generado por los termopares a diversas temperaturas de su junta caliente y con su junta fría a una temperatura de referencia de 32º F  o  0 C.

3. Características de Corrosión de los Termopares

Comparativamente con los otros transductores de temperatura, los termopares destacan por su amplio margen de medida, globalmente de -270 a +3300 ºC, y en particular por las características siguientes:- Positivas:o Dimensiones reducidas.o Estabilidad a largo plazo.Robustos, versátiles y fiables.o Económicos.o Transductores activos (no requieren excitación externa).- Negativas:o Baja sensibilidad.o Baja linealidad.o Requieren unión de referencia.

5. Aplicaciones

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 ejecuten acciones especificas dependiendo de la temperatura que se tenga en un momento dado del proceso industrial. pero el asunto radica en distinguir como va a efectuarse el contacto de él termopar con la variable a medir es decir ciertos procesos industriales generan reacciones químicas radioactivas o excesivamente caloríficas o en ocasiones peligrosas para los humanos en estas circunstancias el control debe ser a distancia y se deben de implementar extensiones que requieren un cuidado excesivo por otro lado al termopar se le debe de poner una vaina de protección que lo proteja pero que al mismo tiempo no perjudique la lectura de el mismo

Válvula de Control

Concepto válvula de control

Una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos.La válvula automática de control generalmente constituye el último elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se comporta como un orificio cuya sección de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada. La válvula de control es básicamente un orificio variable por efecto de un actuador. Constituye el elemento final de control en más del 90 % de las aplicaciones industriales.

Función de una válvula de control

En el control automático de los procesos industriales la válvula de control juega un papel muy importante en el bucle de la regulación. Realiza la función de variar el caudal del fluido de control que modifica a su vez el valor de la variable medida comportándose como un orificio de área continuamente variable. Dentro del bucle de control tiene tanta importancia como el elemento primario, el transmisor y el controlador. La válvula de control típica se compone básicamente del cuerpo y del servomotor. El cuerpo de la válvula contiene en su interior el obturador y los asientos y está provisto de rosca o de bridas para conectar la válvula a la tubería. El obturador es quien realiza la función de control de paso del fluido y puede actuar en la dirección de su propio eje o bien tener un movimiento rotativo. Esta unido a un vástago que pasa a través de la tapa del cuerpo y que es accionado por el servomotor.

Tipos de Válvula de Control

Aunque la gran variedad de diseños de válvulas produce cualquier clasificación, la mayoría de los diseños podrían ser considerados como modificaciones de los dos tipos básicos:

- Tipo compuerta.

- Tipo globo o esfera (retención).

Si las válvulas estuviesen clasificadas de acuerdo a la resistencia que ofrecen al flujo, las válvulas tipo compuerta se podría decir que son de baja resistencia y las de globo son de alta resistencia.

Otra forma de clasificar las válvulas sería considerando la manera de producir el cierre, y las clasificaríamos en:

1. Válvulas de asiento.

- Con movimiento de rotación o charnela.

- Con movimiento rectilíneo.

Válvulas de desplazamiento.

-A rotación, robinetes, llaves, etc.

-A traslación, válvulas de compuerta.

3. Válvulas de mariposa.

Ahora bien, si nos fijamos en el sistema de accionamiento tendríamos:

1. Válvula de asiento con disco normal.

2. Válvula de asiento con disco de tapón.

3. Válvula de asiento con disco metálico.

4. Válvula de asiento con disco de aguja.

5. Válvula de asiento con guías.