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PROCEDIMIENTOS DE CALIBRACION DE TERMOCUPLAS

INTEGRANTES

Daniel Callomamani LenPaul Ramos DazJuan Sosa QuispeKevin Laquita Torres INTRODUCCION

Una Termocupla es un transductor de temperatura, constituido por dos alambres, que desarrolla una f.e.m. que es funcin de la diferencia de temperatura entre sus uniones fra y caliente. Las termocuplas se fabrican con metales puros o aleaciones. Se usan para medir temperaturas desde 77 a 1500K pero con aleaciones especiales puede llegarse hasta temperaturas de3000K.La medicin de temperatura con termocuplas est basada en los siguientes efectos :

1. Efecto Peltier: Dos conductores distintos a la misma temperatura tienen diferentes densidades de portadores de carga libre. Entonces, cuando estos conductores se ponen en contacto por medio de una soldadura o de un contacto hmico muy bueno, a travs de esta unin hay una difusin de electrones desde el conductor de mayor densidad electrnica al de menor densidad.Cuando esto sucede, el conductor que entrega electrones adquiere un voltaje positivo respecto al otro conductor. Este voltaje denominado f.e.m. Peltier, PTAB, es funcin de la temperatura T de la unin entre los conductores A y B que constituyen el termopar, tal como se representa en laFig.1. Sus coeficientes de temperatura tpicos van desde 10 a 50 V/C.

2. Efecto ThomsonSi en un conductor se mantienen sus extremos a diferentes temperaturas, se produce un flujo de calor que tiende a establecer el equilibrio trmico tal como se muestra en la imagen.

Dicho flujo de energa calrica es transportado por electrones, por lo tanto, entre los extremos del material X aparece una diferencia de potencial , que es proporcional a la diferencia de temperaturas T1-T2. Los coeficientes tpicos de la f.e.m. Thompson para 0C varan desde 2V/C para el Cu hasta -23 V/C para el constatan (60%Cu, 40%Ni).

3. La combinacin de ambos efectos se resume en el llamado efecto Seebeck [4]. Cuando dos metales A y B, cuyos extremos se hallan a dos temperaturas diferentes T0 y T, se sueldan en un extremo, aparece una f.e.m. Seebeck como se indica en la Fig. 3

Adems del efecto Seebeck (determinado antes que los Peltier y Thomson, segn consta en las referencias), existen otros circuitos termoelctricos basados en las siguientes leyes: Ley de los metales intermedios [5]: La insercin de un metal intermedio en el circuito de una Termocupla no afecta la f.e.m. neta si las dos junturas introducidas sobre el tercer metal se mantienen a la misma temperatura. La Fig. 4 ejemplifica dos disposiciones que cumplen esta ley

FUNDAMENTO TEORICO

Una Termocupla es un transductor de temperatura, es decir, un dispositivo que traduce una magnitud fsica en Una seal elctrica. Est compuesta por dos alambres de metales diferentes, los que unidos convenientemente generan entre sus extremos libres una diferencia de potencial proporcional a la diferencia de temperatura entre ellos. Posteriormente, se mostr que esta f.e.m proviene en realidad de dos efectos diferentes:Efecto Peltier Efecto ThompsonEn la mayora de los casos, considerar los efectos Peltier y Thompson sumados es aceptable como una buena aproximacin del efecto Seebeck. Ver Figura 1.Curvas Caractersticas de Termopares

III. PROCEDIMIENTO DEL EFECTO SEEBECKPara poder aplicar el efecto Seebeck a la medida de temperaturas es necesario mantener una de las uniones a una temperatura de referencia, ver Figura 2. Una solucin es colocar la juntura de referencia o punta fra en hielo fundente. Si bien es una solucin de gran exactitud, es imprctica. El montaje para medir la temperatura conTermocupla, tomando como referencia el termmetro infrarrojo, se coloca la termocupla junto al cautn y se registra a variacin del voltaje vs temperatura, este procedimiento se realiza varias veces, para calcular el promedio de las medidas.Para tener una precisin en el anlisis de los errores es necesario seguir estos pasos:1. Conectar la termocupla al voltmetro.2. Para medir la variacin de voltaje en la termocupla, colocar la termocupla en el cautn y ver la temperatura en el termmetro infrarrojo.3. llenar la tabla de datos de voltaje vs temperatura.4. Para una temperatura conocida (punto de fusin del estao 231,968oC)halle el valor del voltaje.

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IV. ARREGLO EXPERIMENTAL:La termocupla elegida para calibrar, fue una del tipo K : de Chromel (10% cromo y 90% nquel) y Alumel (2%aluminio, 90%nquel y el resto, silicio y manganeso)3 enfundada en una vaina de fibra de vidrio de 1,5 mm de dimetro. En primer lugar se procedi a realizar la soldadura entre los extremos de las aleaciones, retorcindolas y utilizando un soldador de arcoPor otro lado, se unieron los extremos libres de la termocupla a sendos cables de cobre (stas son las llamadas uniones de referencia) que llevan la seal generada hasta un micro voltmetro marca KEITHLEY (midiendo en la escala de hasta 200 mV) que a su vez se conect a una PC-XT a travs de una interfaz. De esta manera, fue posible seguir la evolucin de las mediciones a travs de la pantalla del monitorLas dos uniones de referencia se introdujeron en un tubo de ensayo con aceite (deshidratado, para evitar el cortocircuito y al mismo tiempo mantener la temperatura homognea alrededor de las uniones), y ste a su vez sumergido en un bao de agua con hielo. El arreglo se puede observar en la figura

CALIBRACION PARA BAJAS TEMPERATURAS:Las sustancias utilizadas fueron:

Para conseguir que estas sustancias solidifiquen, se procedi a colocar cada una de ellas (enforna sucesiva) en un tubo Pyrex (junto con la unin de las dos aleaciones) y ste a su vez dentro de un termo que contena aire lquido ( a alrededor de -170C). Una vez solidificada la sustancia, retiramos el tubo del termo y comenzamos las mediciones. Cuando la sustancia alcanza la temperatura de fusin se observa el plateau (f.e.m constante durante el tiempo que dura el cambio de fase) en el monitor. Se efectuaron, por lo menos, dos mediciones de cada sustancia.

CALIBRACION PARA ALTAS TEMPERATURAS:

Tabla 2 Puntos de fusin de las sustancias usadas para la calibracin a altas temperaturasPara obtener temperaturas lo suficientemente altas para fundir las muestras, se emple un horno con resistencia de Kantal, conectado a unas varias y alimentado por la tensin de lnea. En forma sucesiva, procedimos a fundir cada uno de los metales en un crisol. Colocamos cada vez la unin Chromel- Alumel dentro del metal fundido realizando una nueva soldadura cada vez, pues la junta queda contaminada luego de cada medicin. Procedimos a medir de igual forma que para bajas temperaturas hasta observar el plateau. Se efectuaron dos mediciones de cada metal.Con el fin de obtener dos puntos ms para esta calibracin, medimos la f.e.m. correspondiente al agua a 0C y a 100C (colocando la punta de medicin en el bao de hielo y en agua en ebullicin, respectivamente).

CALIBRACIONDado que slo disponamos de dos metales para hacer la calibracin a altas temperaturas, procedimos a hacer otra calibracin contra termmetro. Para ello usamos un termmetro de mercurio de escala -10C / 150C, un recipiente con aceite (1 litro aproximadamente) y un calentador elctrico por inmersin. Aseguramos la unin Chromel- Alumel al bulbo del termmetro para evitar gradientes de temperatura. Procedimos a hacer dos mediciones:

a) Tomamos una muestra de unos pocos mililitros de aceite en un tubo Pyrex y tabulamos (manualmente) la temperatura medida con el termmetro y el voltaje registrado en el microvoltmetro.b) Repetimos la medicin, pero ahora registrando la evolucin trmica del total de aceite contenido en el recipiente.

22RESULTADOS

A partir de las mediciones realizada con las distintas sustancias usadas como patrn en sta experiencia, se procedi a graficar su evolucin trmica atravesando los correspondientes cambios de fase para cada una de ellas. (Figuras 4,5 6 y 7)En estos grficos se pueden apreciar los plateau correspondientes a los cambios de fase de cada sustancia, durante los cuales la temperatura no vara apreciablemente. Se procedi en cada caso, a promediar los valores centrales de cada uno de estos plateau , adjuntando estos resultados y sus errores estadsticos correspondientes sobre los grficos.Cabe consignar que se realizaron dos hasta tres evoluciones temporales para cada sustancia con el fin de obtener una mejor definicin de dichos plateau. Para ello se tuvo en cuenta la cantidad de muestra analizada en cada caso, ya que en algunos casos (por ejemplo, alcohol, estao) los plateau eran apenas apreciables en una primera medicin. Debido a los bajos calores de fusin de algunas de las sustancias estudiadas, al aumentar la cantidad de muestra se extenda la duracin de los plateau lo cual era nuestro inters primordial en la experiencia.