PRINCIPIOS DE CONTROL Y AUTOMATIZACION DE PROCESOS AGROINDUSTRIALES

II. RESULTADOS Y DISCUSINCuadro 1. Registro de temperaturas del SET POINT y los sensoresSET POINT (C)T.STTT-NTCT.RTDTERMOPAR JT. DE T. DE MERCURIO

303030291432

353537331835

404040392340

454545432744

505051483248

555555533552

606060573956

Construir un grfico, haciendo una regresin lineal simple que relacione los valores de temperatura registrado por el sensor STT (sobre el eje de las abscisas), y los valores de temperatura de los sensores NTC, RTD, termopar J y el termmetro de mercurio(sobre el de las ordenadas).

En el Cuadro 2 se muestran las pendientes de las rectas de los sensores con el set point.Cuadro 2. Pendiente de las rectasRecta Pendiente

STT vs NTC0.9786

STT vs RTD0.95

STT vs Termopar0.8143

STT vs termmetro mercurio0.8429

De acuerdo a la pendiente el sensor NTC vendra a ser el ms preciso y el termopar el menos preciso. Adems el coeficiente de determinacin que mide el ajuste al tipo de regresin, en este caso lineal, pues se evala la linealidad de la respuesta de cada tipo de sensor. As se observa que mientras ms cercano a 1 el valor de R2 mejor se ajusta a la regresin lineal, por tanto se visualiza que las temperaturas dadas por los sensores RTD y termmetro de mercurio son los que ms se ajustan a la recta lineal , mientras que los que menos se ajustan a la linealidad son la termocoupla y el NTC.Por otro lado tambin se calcul la diferencia de medicin entre los sensores y el set point para identificar el sensor de mayor precisin.Cuadro 3. T (sensor STT)NTCRTDTermoparTermmetro mercurio

0-1-162

2-2-170

0-1-170

0-2-18-1

1-2-18-2

0-2-20-3

0-3-21-4

0-1-162

La variacin de temperatura permite identificar que sensor se acerc ms al valor STT; siendo el NTC el sensor ms preciso y el termopar el menos preciso.Respecto a las posibles variaciones de las mediciones hechas por los sensores evaluados, Ollero y Fernndez (1997) mencionan que existen muchos factores involucrados en la medicin de la temperatura. Menciona que en primer lugar, el rango de temperaturas de operacin del instrumento debe incluir el rango de posible variacin de la temperatura a medir; otro factor es la precisin requerida en la medida siendo esta ltima la que restringe la eleccin del sensor.Lloria (2005) menciona acerca de los termistores NTC que estos, poseen elevadas resistencias a baja temperatura, pero sus resistencias disminuyen exponencialmente a medida que crece la temperatura. Estos no sirven para la medicin de temperatura dentro de rangos amplios dado que sus variaciones de resistencia son demasiado grandes para que puedan medirse de una manera adecuada, resultan particularmente tiles para medir alcances reducidos de temperatura justamente a causa de sus grandes variaciones de resistencia, lo cual permite aumentar la sensibilidad en alcances reducidos de temperatura. Menciona adems que los termistores ofrecen una velocidad de respuesta muy elevada debido a que su calor especfico es pequeo. En la prctica las variaciones de temperatura fueron pequeas, de 5C, es decir que al tener un alcance reducido de temperatura, el NTC era uno de los ms adecuados.Segn Baus et al., (2008) en algunos casos, la resistencia de un termistor a la temperatura ambiente puede disminuir en hasta 6% por cada 1C de aumento de temperatura. Esta elevada sensibilidad a variaciones de temperatura hace que el termistor resulte muy adecuado para mediciones precisas de temperatura, utilizndoselo ampliamente para aplicaciones de control y compensacin en el rango de 150C a 450C existen inconvenientes. Su rango de medida es menor en trmino medio que el de los RTDs y termopares (-50C a 150C), debido a que son poco lineales; aunque hay excepciones (algunos superan los 300C). En consecuencia, a diferencia de los RTD que son de propsito general, se emplean en aplicaciones que requieren medidas sensibles sobre un rango pequeo de temperatura.Gil y Rodrguez (2004) que sealaban al termistor (NTC) como un instrumento muy sensible. Sin embargo Shinskey (1996) afirma que estos sensores estn sujetos a mayores errores por autocalentamiento, debido a que su coeficiente de temperatura es notablemente mayor que el de la termorresistencia RTD, adems que no presentan una relacin lineal entre los datos de resistencia y temperatura como el caso del RTD, lo cual podra explicar las desviaciones de sus valores obtenidos. Sin embargo, ambos sensores estn sujetos a errores por autocalentamiento el cual puede disminuirse al emplearse corrientes lo suficientemente pequeas que circulen a travs de ellos sin provocar dicho problema.Esto se pudo observar en la prctica porque el tiempo de enfriamiento se activaba luego del periodo de aumento de la resistencia, y el tiempo de enfriamiento en promedio fue mayor que el de calentamiento. Esto pudo deberse justamente a lo que seala la literatura, tanto el NTC como el PTC tienen una relacin exponencial de sus resistencias versus un pequeo cambio en la temperatura.En el Anexo 1 se observan las caractersticas de algunos tipos de sensores de temperatura en cuanto a rango nominal, costo y linealidad.Por otro lado los RTDs son populares por su excelente estabilidad y muestran la seal ms lineal con respecto a la temperatura de cualquier sensor electrnico de temperatura (National Instruments, 2011). Acedo (2003) menciona que estos poseen una alta precisin y mejor linealidad. Esto se observa en la Figura 1.

Con respecto al termmetro de mercurio Gil y Rodrguez (2004) lo sealan como un instrumento simple y lento por ello el termmetro tarda en dilatarse o contraerse hasta un nivel tal que seale la temperatura indicada por el Set Point. Segn Chvez (2004), citado por Gil y Rodrguez (2004) por su parte seala adems que si bien el termmetro es muy til para lecturas cotidianas de temperatura, no resulta as cuando se requiere medir varias temperaturas unas tras otras y menos cuando stas son altas y bajas pues debe esperarse un tiempo prudencial hasta que el mercurio alcance el equilibrio adecuado. Sin embargo si poseen alta linealidad y precisin a comparacin de otros como el termopar o termocoupla.En el caso del termopar su accin se fundamenta en la fuerza termoelctrica cuyo valor es dado por la diferencia en temperatura caliente y la temperatura fra (de los puntos de medicin). Esta fuerza termoelctrica no depende ni de la resistividad , ni de la seccin , ni de la gradiente de temperatura. Solo depende de las uniones y de la naturaleza de los metales. Esta conversin de energa trmica a energa elctrica se debe al efecto Seebeck. Se seala un error de 2,2 C en el rango de 0-270C. y de 0,75 C en el ,rango de 270-760C, para el termopar de Fe-Constantan (tipo J) como el utilizado en la prctica.Sin embargo en el Cuadro 3 se observan valores muy grandes de la diferencia de temperatura entre el STT y el termopar, esto se debe a fallas tcnicas de este sensor.Por ltimo el semiconductor KTY83 Phillips con salida tipo resistencia que se utiliz en la prctica y que se seala como STT (o IC para circuitos integrados), es el que mejor se ajusta a diferentes aplicaciones. Tiende a ser elctricamente y mecnicamente ms delicado que otros tipos de sensores, es un dispositivo electrnico cuyo material es de silicio. Su rango de temperatura es hasta 120 C, tienen bajo costo y buena precisin, pero no estn diseados trmicamente (Shinskey, 1996).En la prctica se utiliz como patrn este dispositivo electrnico por estas caractersticas, por eso se lo coloc en el eje de las abscisas y se los comparo con los dems sensores. III. CONCLUSIONES Los sensores con mayor precisin fueron el STT y el NTC y los de menor precisin la termocoupla o termopar y el termmetro de mercurio. La pendiente no es un buen indicador de la precisin de los sensores, tal como lo present para sensor RTD. El coeficiente de determinacin midi el ajuste al tipo de regresin lineal mostrando de mayor a menor linealidad: STT, RTD, termmetro de mercurio, termocoupla, NTC (no lineal).

IV. RECOMENDACIONES Se deberan de realizar ms de una repeticin de la medida de temperatura para todos los sensores. Realizar un mantenimiento tcnico del mdulo en especial del sensor termopar que arrojaba valores muy diferentes a los del set point.

V. BIBLIOGRAFA ACEDO, J. 2003. Control avanzado de procesos: teora y prctica. Editorial Daz de Santos. Madrid. Disponible en http://books.google.com/books?id=h6lmErfrFjYC&dq=ventajas+y+desventajas+de+RTD&hl=es&source=gbs_navlinks_s. Consultada el 10 de junio del 2013. BAUS, D .2012. Sensores de temperatura. Disponible en http://server-die.alc.upv.es/asignaturas/LSED/200304/0.Sens_Temp/ARCHIVOS/SensoresTemperatura.pdf. Consultada el 10 de junio del 2013. GIL, S, ROGRGUEZ, E. 2004. Termometra, sensores de temperatura. Fsica recreativa. Disponible en http://www.fisicarecreativa.com/guias/sensorestemp.pdf. Consultada el 10 de junio del 2013. LLORIA, J. 2005. Termistores. Disponible en http://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:JOdKZdWE26gJ:www.gii.upv.es/personal/gbenet/treballs%2520cursos%2520anteriors-TIM-IIN-INYP-AYPD/TerMistoresJLloria05/TerMistoresJLloria05.doc+termistores+NTC+desventajas&hl=es&pid=bl&srcid=ADGEESglbZz9Z6Hf1VsViFdHxESxHVKJuZIdqVNr7MXgZFBaGtxdo0huLxsk1eKS8y0T9k36_KGV0AMtT_RJdwFj_jh_WmLJPzWnriSsKMsozL226WOKJJW6oqh5BiQA6QZoT9hBT&sig=AHIEtbTiN4dH2qgqs0yujGwIaoZ95o9KQ. Consultada el 10 de junio del 2013. NATIONAL INSTRUMENTS. Ni Developer Zone. Medir Temperatura con un RTD o Termistor. Disponible http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/9336. Consultada el 10 de junio del 2013. OLLERO, P. y FERNNDEZ, E. 1997. Control e instrumentacin de procesos qumicos. Editorial Sntesis. Madrid. Espaa. SHINSKEY, F. 1996. Sistemas de Control de Procesos. Tomo 1. Editorial Mc. Graw Hill. Mxico.

VI.ANEXOSAnexo 1. Caractersticas de algunos tipos de sensores de temperatura

Fuente: Gil y Rodrguez (2004)