proyecto - tesis-Metalurgia 2009

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“AÑO DE LA UNION NACIONAL FRENTE A LA CRISIS EXTERNA”

INSTITUTO SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO

“ANDRÉS AVELINO CÁCERES DORREGARAY”

CARRERA PROFESIONAL DE METALURGIA

PRESENTADO POR:CAYSAHUANA CHAUPIS, Franco JesúsCANO CHURAMPI, Jessica LilibethCONDORI TAMBINI, Kleber AlejandroFERRER ORONCUY, Roberson ElvisGASPAR RAMOS, Juan CarlosHINOJOSA APOLINARIO, Lewis AndersonMORALES CUYUTUPAC, Luis EnriqueRIVERA DAVILA, JosmellVALDEZ ESPINOZA, Diego ArmandoVALENCIA BARZOLA, Edson Luis

PARA OPTAR EL TÍTULO DE PROFESIONAL TÉCNICO EN

METALURGIA

SAN AGUSTÍN DE CAJAS – HUANCAYO – PERÚ

INSTALACION Y CALIBRACIÓN DELA TERMOCUPLA TIPO K



2009

ASESOR:

Ing. Met. HEBER ELISEO EGOAVIL VICTORIA

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DEDICATORIA

A nuestros queridos padres, por su gran

esfuerzo, para ver a sus hijos

Profesionales. Que Dios los proteja y

que vivan para gozar de nuestro triunfo.

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OBJETIVOS

Los objetivos fundamentales de este proyecto son:

OBJETIVOS GENERALES.

• Proteger el terminal ánodo – cátodo con la elaboración de una funda

cerámica de porcelana para pruebas a altas temperaturas.

• Instalar la termocupla tipo k al sensor de temperatura.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Reconocer las partes principales de una termocupla industrial.

• Calibrar la termocupla para su uso posterior en procesos

pirometalúrgicos.

• Usar correctamente los cuadros de lecturas de voltios y su equivalente

en grados centígrados.

4



INDICE

DEDICATORIA

OBJETIVOS

INTRODUCCION

CAPÍTULO I

TERMOCUPLAS

1.1DEFINICIÓN.............................................................................................09

1.2TIPOS DE TERMOCUPLAS.....................................................................10

1.2.1 Tipo B ( Pt Rh 30% - Pt Rh 6% ).................................................10

1.2.2 Tipo R ( Pt Rh 13% - Pt )............................................................10

1.2.3 Tipo S ( Pt Rh 10 % - Pt )............................................................11

1.2.4 Tipo J ( Fe – Cu Ni).....................................................................11

1.2.5 Tipo K ( Ni Cr Ni ) ......................................................................12

1.2.6 Tipo T ( Cu – CuNi )....................................................................13

1.2.7 Tipo E ( NiCr – CuNi ).................................................................13

1.3PARTES DE LA TERMOCUPLA..............................................................14

1.3.1 Elemento de termocupla.............................................................14

1.3.2 Bloque Terminal..........................................................................14

1.3.3 Cabezal para la conexión............................................................14

1.3.4 Extensión de conexión del cabezal.............................................15

1.3.5 Tubo protector.............................................................................15

1.4TEORÍA DE LOS EFECTOS TERMOELÉCTRICOS..............................18

1.4.1 Las Primeras Teorías..................................................................19

5



CAPITULO II

INSTALACION DE LA TERMOCUPLA TIPO K

2.1DATOS TECNICOS..................................................................................28

2.2PARTES DE LA TERMOCUPLA TIPO K.................................................28

2.3HERRAMIENTAS PRINCIPALES PARA EL ENSAMBLAJE...................29

2.4FABRICACIÓN DEL PROTECTOR DE PORCELANA............................30

2.5ANCLAJE DE LA FUNDA CERAMICA:....................................................34

2.6INSTALACIÓN ELECTRICA DE LA TERMOCUPLA TIPO K..................36

CAPITULO III

ENSAYOS EXPERIMENTALES Y CALIBRACION DE LA TERMOCUPLA

TIPO K

3.1CALIBRACIÓN POR MEDIO DE LA COMPARACIÓN

DE LOS VOLTAJES Y TEMPERATURAS............................................39

3.2CALIBRACION DE LA TERMOCUPLA...................................................45

3.2.1 Punto de ebullición del agua a condiciones termodinámicas

a nivel de Huancayo...................................................................45

3.2.2 Por comparación de voltajes versus temperatura......................47

CONCLUSIONES...........................................................................................48

RECOMENDACIONES..................................................................................49

BIBLIOGRAFIA...............................................................................................50

ANEXOS.........................................................................................................51

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INTRODUCCIÓN

Esta tesis muestra el trabajo realizado en el departamento de

metalurgia por los estudiantes que conforman este equipo.

Dentro de los trabajos mas importantes hemos tenido: la instalación

electrónica de la termocupla tipo K. la construcción del protector en base a

porcelana para altas temperaturas, el reajuste del sensor de temperatura

llamado también scanner y la lectura de temperatura en base a los voltios con

la utilización de las tablas respectivas.

A todo este equipamiento le hemos adicionado un mueble metálico en

el cual están instalados estas termocuplas, logrando con ello el buen uso y la

protección respectiva de los instrumentos con ello también evitaremos las

perdidas.

En el primer capítulo, hemos desarrollado el marco teórico relacionado

con las termocuplas en general, para luego explicarlos en forma individualizada

7



con respecto a nuestra termocupla tipo K. Cabe mencionar que los puntos mas

importantes son: los efectos termoeléctricos, los siete tipos de termocuplas

existentes en el mercado, las partes principales de las termocuplas en base a

la estandarización internacional.

En el segundo capitulo la parte mas resaltante del proyecto de

innovación tecnológica es la construcción de la funda cerámica de alta

temperatura, además se incluye la conexión de los terminales al sensor digital

respectivo.

Finalizamos con el tercer capitulo en el cual se trata la calibración de la

termocupla tipo k bajo dos métodos:

• Comparación de la lectura de voltaje vs temperatura la cual se muestran en

tablas estandarizadas.

• Comparación en base a datos termodinámicos estandarizados para nuestra

zona.

Esta termocupla estuvo en nuestro departamento empaquetado y guardado

durante 4 años y no se le daba un uso adecuado.

LOS AUTORES

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CAPÍTULO I

TERMOCUPLAS

1.1 DEFINICIÓN

Las termocuplas son el sensor de temperatura más ampliamente

usado en la industria. Una termocupla es un traductor de temperatura, es

decir, un dispositivo que traduce una magnitud física en una señal

eléctrica. Está 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. Su funcionamiento, se basa en un descubrimiento hecho por

Seebeck en 1821: si se sueldan dos metales diferentes, cuyos extremos

están a distintas temperaturas, aparece una f.e.m. (llamada f.e.m

Seebeck)

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Posteriormente, se mostró que esta f.e.m proviene en realidad de

dos efectos diferentes: Uno resultante sólo del contacto entre dos metales

disímiles y la temperatura de dicha unión.

1.2 TIPOS DE TERMOCUPLAS

Hay siete tipos de termocuplas que tienen designaciones con

letras elaboradas por el Instrument Society of America (ISA).

1.2.1 Tipo B ( Pt Rh 30% - Pt Rh 6% )

Las ventajas de la termocupla Tipo B sobre la Tipo R o Tipo

S son su capacidad para medir temperaturas levemente más altas, su

mayor estabilidad y resistencia mecánica, y su aptitud de ser utilizada

sin compensación de junta de referencia para fluctuaciones normales

de la temperatura ambiente. Las termocuplas tipo B resultan

satisfactorias para uso continuo en atmósferas oxidantes o inertes a

temperaturas hasta 1.700º C. También resultan satisfactorias durante

cortos periodos de tiempo en vacío.

Las desventajas de la termocupla tipo B son su baja

tensión de salida y su incapacidad para ser utilizada en atmósferas

reductoras (como ser hidrógeno o monóxido de carbono) y cuando

se encuentran presentes vapores metálicos (eso es, de plomo o

zinc) o no metálicos (eso es, de arsénico, fósforo o azufre).

1.2.2 Tipo R ( Pt Rh 13% - Pt )

Las termocuplas Tipo R pueden ser utilizadas en forma

continua en atmósferas oxidantes o inertes hasta 1.400º C. No son

10



tan estables como las Tipo B en vacío. La ventaja de la termocupla

Tipo R sobre la Tipo B es su mayor fem de salida.

Se aplican las siguientes limitaciones al uso de las

termocuplas Tipo R:

Nunca se las deben usar en atmósferas reductoras, ni

tampoco en aquellas que contienen vapores metálicos o no

metálicos u óxidos fácilmente reducidos, a menos que se las

protejan adecuadamente con tubos protectores no metálicos.

1.2.3 Tipo S ( Pt Rh 10 % - Pt )

La termocupla Tipo S es la termocupla original platino-

rodio. Es el estándar internacional para la determinación de

temperaturas entre el punto de solidificación del antimonio 630,74º

C y el punto de solidificación del oro 1.064,43º C.

Las termocuplas Tipo S, igual que las Tipo R, pueden ser

utilizadas en forma continua en atmósferas oxidantes o inertes

hasta 1.480º C. Tienen las mismas limitaciones que las

termocuplas Tipo R y Tipo B y también son menos estables que la

termocupla Tipo B cuando se las utiliza en vacío .

1.2.4 Tipo J ( Fe – Cu Ni)

La termocupla Tipo J es la conocida como la termocupla

hierro - constantán. El hierro es el conductor positivo, mientras que

para el conductor negativo se recurre a una aleación de 55 % de

cobre y 45 % de níquel (constantán).

11



Las termocuplas Tipo J resultan satisfactorias para uso

continuo en atmósferas oxidantes, reductoras e inertes y en vacío

hasta 760º C. Por encima de 540º C, el alambre de hierro se oxida

rápidamente, requiriéndose entonces alambre de mayor diámetro

para extender su vida en servicio. La ventaja fundamental de la

termocupla Tipo J es su bajo costo.

Las siguientes limitaciones se aplican al uso de las

termocuplas Tipo J:

• No se deben usar en atmósferas sulfurosas por encima de 540º C.

• A causa de la oxidación y fragilidad potencial, no se las

recomienda para temperaturas inferiores a 0º C.

• No deben someterse a ciclos por encima de 760º C, aún

durante cortos periodos de tiempo, si en algún momento

posterior llegaran a necesitarse lecturas exactas por debajo de

esa temperatura.

1.2.5 Tipo K ( Ni Cr Ni )

La termocupla Tipo K se la conoce también como la

termocupla Chromel-Alumel (marcas registradas de Hoskins

Manufacturing Co., EE.UU.). El Chromel es una aleación de

aproximadamente 90% de níquel y 10% de cromo, el Alumel es una

aleación de 95% de níquel, más aluminio, silicio y manganeso. La

Tipo K es la termocupla que más se utiliza en la industria, debido a

su capacidad de resistir mayores temperaturas que la termocupla

Tipo J.

12



Las termocuplas Tipo K pueden utilizarse en forma

continua en atmósferas oxidantes e inertes hasta 1.260º C y

constituyen el tipo más satisfactorio de termocupla para uso en

atmósferas reductoras o sulfurosas o en vacío.

1.2.6 Tipo T ( Cu – CuNi )

La termocupla Tipo T se conoce como la termocupla de

cobre constatan.

Resulta satisfactoria para uso continuo en vacío y en

atmósferas oxidantes, reductoras e inertes. Su desventaja reside

en él hecho de que su límite máximo de temperatura es de tan sólo

370º C para un diámetro de 3,25 mm.

1.2.7 Tipo E ( NiCr – CuNi )

La termocupla Tipo E, o Chromel-constantán, posee la

mayor f.e.m., de salida de todas las termocuplas estándar .Para un

diámetro de 3,25 mm su alcance recomendado es - 200º C a 980º C.

Estas termocuplas se desempeñan satisfactoriamente en

atmósferas oxidantes e inertes, y resultan particularmente

adecuadas para uso en atmósferas húmedas a temperaturas

subcero a raíz de su elevada f.e.m. de salida y su buena resistencia

a la corrosión. La termocupla Tipo E es mejor que la Tipo T, para

este propósito a causa de su mayor salida y puesto que la

conductividad térmica del alambre de Chromel es menor que la del

alambre de cobre de la termocupla Tipo T.

13



1.3 PARTES DE LA TERMOCUPLA

Una termocupla consiste de las siguientes partes: elemento de

termocupla, bloque terminal, cabezal de conexión, y tubo protector.

1.3.1 Elemento de termocupla

Es la junta que va protegida ya sea por una pared de

porcelana o aros de porcelana.(Figura 1 ).

1.3.2 Bloque Terminal

Es un terminal de bloque aislado que es usado para unir y

sostener los terminales de los conductores. (Figura 1)

Figura N° 1. Caja Terminal

1.3.3 Cabezal para la conexión

Es una semiesfera que encierra al bloque terminal para el

sensor de temperatura eléctrica, se cierra con un enroscado hacia

la derecha y se abre hacia la izquierda. En este se ajusta el tubo

protector.(Figuras 2 y 3.)

Figura 2. Cabezal de conexión.

14



Figura 3. Cabezal de conexión, vista transversal.

1.3.4 Extensión de conexión del cabezal

Estas extensiones se parecen a los nipples utilizados en

tuberías para agua potable, se ajustan por roscas o caso contrario

por pernos tipo pivot.

La longitud de toda esta extensión tiene como

nomenclatura a la letra N. (Figura 4.)

Figura 4. Extensión de conexión de cabeza

1.3.5 Tubo protector

El tubo protector es un tubo diseñado para aislar el sistema

sensitivo o cupla y protegerlo del efecto corrosivo del ambiente,

15



puede estar ajustado al cabezal de la conexión. (Figuras 5, 6, 7, y

8.). Su símbolo es la letra P.

Figura 5. Nomenclatura del tubo protector

Figura 6. Longitud del tubo protector

Longitud de inserción y la bocina

Figura 7. Flanco

16



Figura 8: Corte transversal del protector

El diámetro del tubo protector es el diámetro externo del

tubo de protección y es asignado con el símbolo M. (Figura 9 y 10)

Figura 9: Diámetro del tubo protector

Figura 10. Acoplamiento y tubo protector ajustado

La longitud de inmersión de la punta de trabajo del tubo

protector o el elemento de la termocupla es la longitud a partir del

final libre al punto de inmersión hasta la mitad la cual servirá de

medida, a esta se asigna el símbolo R. (Figura 11.)

17



Figura 11. Termocupla en la inmersión.

1.4 TEORÍA DE LOS EFECTOS TERMOELÉCTRICOS

En este acápite se da una breve introducción histórica al

fenómeno de la termoelectricidad, presentando tres tipos de efectos

termoeléctricos. En las secciones siguientes se da un marco teórico

básico a cada uno de los efectos.

18



1.4.1 Las Primeras Teorías

A. Leyes de Contacto

Al iniciar este apartado debemos recordar que esta

incursión por el campo de la electricidad, tiene por objeto

cumplir con los "Principios eléctricos de aplicación en

pirometría". Además es necesario conocer sobre la medición de

las resistencias eléctricas y se estará entonces en condiciones

de aplicar los conocimientos reunidos, a la pirometría eléctrica.

Volta estableció hacia. 1800 sus leyes de contacto.

(Figura 12)

• Cuando dos conductores a la misma temperatura se ponen

en contacto se establece entre ellos una diferencia de

potencial.

•

La diferencia de potencial no depende sino de la naturalezade los conductores, y no de su forma y tamaño.

• La diferencia de potencial no depende tampoco del valor del

potencial absoluto a que se ponga uno de los conductores.

Figura N° 12. Juntura de cobre y zinc

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Zn +

A B

Cu -



Recuérdese que en una unión cobre-zinc, éste se

cargaba positivamente con respecto al cobre, del modo que lo

representa la Fig. 12.

Al parecer, no había más que juntar los extremos en B,

para que pasara por el circuito así formado una corriente, con

producción de calor, y eso no sucederá:

• Porque se opone a ello el principio de conservación de la

energía que manda que no pueda establecerse una energía,

si no se consume otra equivalente.

• Porque a la cupla o par A, con su diferencia de potencial, se

opondría la unión o soldadura B, igual y simétricamente

opuesta.

Hay que romper la simetría de alguna manera. Volta lo

hizo, introduciendo el extremo abierto B en una solución de unácido o de una sal y resultó la pila de su nombre.

Al parecer, no había más que juntar los extremos en B,

para que pasara por el circuito así formado una corriente, con

producción de calor, y eso no sucederá:

• Porque se opone a ello el principio de conservación de la

energía que manda que no pueda establecerse una energía,

si no se consume otra equivalente.

• Porque a la cupla o par A, con su diferencia de potencial, se

opondría la unión o soldadura B, igual y simétricamente

opuesta.

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Hay que romper la simetría de alguna manera. Volta lo

hizo, introduciendo el extremo abierto B en una solución de un

ácido o de una sal y resultó la pila de su nombre.

En la actualidad a los principios de la ley de Volta, se

conoce como tabla de potenciales electroquímicos o tabla de

potenciales de electrodo estándar, muy utilizado en la industria

metalúrgica, podemos observar en la tabla N°1, la ubicación de

los metales y sus respectivas reacciones anódicas o catódicas.

Un aparatito de aula, Fig. 13, lo demuestra muy

claramente. El par bismuto - cobre, comprende entre los dos

metales una aguja magnética N.S y se coloca todo en el plano

del meridiano magnético, con la aguja inmóvil.

COBRE

Figura 13.Cambio magnético

Si se calienta uno de los extremos, (basta tomarlo entre

los dedos) la aguja desvía en un sentido, acusando una

corriente; si se calienta el otro extremo, la desviación es

opuesta. Cualquier otro par de metales hubiera repetido la

experiencia con más o menos intensidad, y siempre al igualarse

21



las temperaturas, la aguja volvería a su equilibrio en el campo

magnético terrestre.

La f.e.m. es muy pequeña, del orden de fracción de mili

voltímetro por grado de diferencia de temperatura, y se

escalonan en el orden siguiente para una serie de conductores:

Bismuto, mercurio, platino, oro, cobre, estaño, plomo, zinc,

plata, hierro, antimonio, etc.; de modo que ofrezcan mayor

f.e.m. cuanto más separados se hallen en la lista. Tal como se

muestra en la tabla N°1, de potenciales de electrodo estándar.

Tabla N° 1.potenciales de electrodo estándar.

22



B. La Teoría del Efecto Seebeck

En 1821 el científico alemán Thomas Johann Seebeck

(1770 − 1831) encontró que un circuito conformado por la unión

de dos metales distintos deflectaba la aguja de una brújula al

colocar a distintas temperaturas las soldaduras entre los dos

metales. Para 1822 sus resultados experimentales fueron

publicados en los Proceedings de la academia prusiana de

ciencias bajo el título Polarización magnética de metales y Ores

por diferencia de temperatura.

Solo dos años antes Hans Christian Oersted

(1777−1851) había descubierto que la circulación de una

corriente a través de un conductor tenía efectos similares sobre

la aguja de una brújula. Este hecho, sumado a los estudios

posteriores por Ampere, Biot, Savart y Laplace entre otros,

sobre la interacción entre una corriente eléctrica y el campo

magnético, llevó a Oersted a rebautizar el fenómeno,

originalmente denominado termomagnetismo por Seebeck,

como termoelectricidad.

Oersted comprendió que era una diferencia de

potencial eléctrico lo que la diferencia de temperaturas inducía

sobre el circuito. Más aún, la relación entre el voltaje generado y

la diferencia de temperatura se demostró lineal, caracterizada

por el denominado coeficiente Seebeck o poder termoeléctrico.

El efecto Seebeck puede explicarse en términos de la

teoría de electrones libres en metales. Según esta

23



aproximación, los electrones en un metal se mueven al azar, sin

sufrir el efecto de fuerza neta alguna, al estar rodeados por

otros iones en forma simétrica.

Cerca de la superficie del material, empero, la situación

es diferente, debido a la rotura de la simetría. Si ahora se

colocan dos materiales formando una juntura, la diferencia en

densidades electrónicas a ambos lados de la interfase se

traduce en una fuerza neta sobre los electrones, que tienden a

moverse del material con mayor densidad a aquel con menos.

Este flujo de electrones induce la aparición de un campo

electrice y consecuentemente de una diferencia de potencial en

la juntura.

Consideremos ahora un circuito formado por dos de

estas junturas puestas en serie, en lo que comúnmente se

denomina una termocupla. Si la temperatura de las dos junturas

que conforman la termocupla es la misma, los campos

eléctricos formados en cada juntura tendrían igual módulo, pero

signos distintos, por lo que la diferencia de potencial a lo largo

de todo el circuito será nula.

Si por otro lado, una de las junturas está a mayor

temperatura, los electrones de la juntura más caliente vibrarán

más y el campo eléctrico generado en esta juntura será distinto

(mayor) al generado en la juntura a menor temperatura.

24



De esta manera, la diferencia de temperaturas entre las

junturas se evidencia como una diferencia de potencial en el

circuito.

C. La Teoría del Efecto Peltier

Jean Charles Athanase Peltier (1785 − 1845), un

relojero y meteorólogo Francés encontró en 1834 que la

circulación de corriente a través de un circuito conformado por

dos metales distintos puede emitir o absorber calor en la juntura

de los mismos, dependiendo de la dirección de la corriente. La

cantidad de calor absorbida o emitida en la juntura resulta

proporcional a la corriente eléctrica mediante el coeficiente

Peltier.

Al igual que Seebeck, la interpretación original de

Peltier fue errónea, argumentando la invalidez del efecto Joule

a bajas corrientes. La correcta interpretación del fenómeno

llegaría recién en 1838, en un trabajo por parte de Emily Lenz

(1804 − 1865).

Como se discutió en la sección correspondiente al

efecto Seebeck, existe un campo eléctrico en la juntura entre

dos materiales distintos. Cuando una fuente externa induce un

flujo electrónico en el sentido del campo eléctrico, los electrones

deben transformar energía cinética en energía potencial. Un

movimiento más lento de los electrones, puede visualizarse

como en una disminución de la temperatura. Si por el contrario,

25



los electrones se mueven en sentido contrario, su velocidad

aumenta por efecto del campo eléctrico extra. Este aumento de

la velocidad electrónica puede verse nuevamente como un

aumento de la temperatura.

En la figura 14, se muestra un esquema de un arreglo

de junturas utilizado comercialmente como refrigerador.

Figura 14. Efecto aislante

D. La Teoría del Efecto Thompson

Otros veinte años debieron pasar para que William

Thompson desarrollara explicaciones detalladas de los efectos

Seebeck y Peltier, describiendo la interrelación termodinámica

entre ambos. En este estudio, Thompson predice además la

existencia de un tercer efecto termoeléctrico, hoy conocido

como efecto Thompson en el cual se absorbe o emite calor

cuando una corriente recorre un material en el que existe un

gradiente de temperaturas. En este caso la cantidad de calor

26



asociada es proporcional a ambos, el gradiente térmico y la

corriente circulante, a través del coeficiente Thompson.

El efecto Thompson implica la aparición de un flujo de

calor al circular una corriente a través de un gradiente de

temperatura en un material. Supongamos un conductor por el

cual circula una corriente de calor, más no una corriente

eléctrica. Esto induce la aparición de una distribución de

temperaturas en el material, gobernada por los coeficientes

cinéticos. Supongamos ahora que cada punto del material es

conectado a un baño térmico de igual temperatura. La igualdad

de temperaturas entre el material en cada punto y el baño

correspondiente implica que no habría intercambio de calor

entre estos y el material.

Si ahora se inyecta una corriente eléctrica, ocurrirá un

intercambio de energía entre el material y los reservorios.

27



CAPITULO II

INSTALACION DE LA TERMOCUPLA TIPO K

2.1DATOS TECNICOS

Marca : Brasileña

Tipo : K

Protector : Emporcelanado

2.2PARTES DE LA TERMOCUPLA TIPO K

Sensor digital.

Cabezal.

Terminales.

Termopar.

Protector.

28



CONEXIÓN (200 Voltios) CABLE DE COMPRESION

SENSOR DIGITAL CABEZAL FUNDA CERAMICA

Figura 15. Partes principales de una termocupla

2.3HERRAMIENTAS PRINCIPALES PARA EL ENSAMBLAJE

Desarmadores cortos

Desarmadores largos.

Tomacorrientes.

Alicates.

29



Figura 16. Herramientas de trabajo

2.4FABRICACIÓN DEL PROTECTOR DE PORCELANA.

a. Moler los materiales cerámicos por separado para fabricar la

porcelana.

Figura 17. Molienda de Materiales cerámicos

b. Combinar y seguir moliendo 50% de caolín, 20 % de feldespato y

30% de arcilla blanca, formando una barbotina de colada para fabricar

la porcelana.

Figura 18. Sobremolienda de materiales cerámicos combinados

c. Dejar que se madure la barbotina por dos semanas agregando azúcar

blanca, para obtener plasticidad.

30



Figura 19. Fermentación de la pasta agregando azúcar

d. Preparar los moldes de yeso con la respectiva compensación por

contracción por secado y sinterizado.

Figura 20. Construcción de moldes de yeso para colada

e. Ajustar los moldes de yeso con jebes gruesos para que no se abra al

realizar la colada.

31

Figura 21. Ajuste del molde de los moldes de yeso seco



f. Vaciar la barbotina fermentada en moldes de yeso, esperar que se

forme el espesor deseado de 0.8 cm., enseguida vaciar lo restante y

dejar secar en el mismo molde de yeso.

Figura 22. Colada de la barbotina fermentada

g. Vaciar al balde de origen la barbotina restante y dejar secar.

Figura 23. Adsorción de la barbotina al molde de yeso

h. Una vez que esta en estado de cuero se retira del molde y se guarda

en bolsas de polietileno para controlar su secado.

32



Figura 24 – 25. Secado y desmoldeado del protector cerámico.

i. Secar sobre un plástico a temperatura ambiente por una semana

tratando que no se doble, tiene que ser recto, caso contrario no

entrará el par.

j. Llevar a sinterización a 1300 °c, con calentamiento lento hasta 250°C.,

luego apagar el horno y dejar enfriar por si solo, hasta el día siguiente.

Figura 26. Tubos protectores sinterizados a 1300 °C.

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2.5ANCLAJE DE LA FUNDA CERAMICA:

a. Retirar el pivot de ajuste del protector metálico de origen.

Figura 27. Desajustando el pivot.

b. Retirar el protector metálico deslizándolo cuidadosamente sin hasta

que quede libre el termopar.

Figura 28. Extracción del protector metálico.

c. Tener mucho cuidado con la junta soldada.

Figura 29. Junta del termopar.

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d. Guardar la funda metálica de inicio para evitar la corrosión en un

protector especial

Figura 30. Protector metálico protegido para evitar su corrosión.

e. Enseguida introducir el protector cerámico en el termopar hasta su

extremo.

Figura 31. Protección con la cubierta cerámica.

f. Ajustar suavemente el pivot para asegurar el protector de porcelana,

de esta manera queda asegurada, para poder aplicarlo en cualquier

prueba experimental.

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Figura 32. Ajuste del pivot para asegurar el protector cerámico.

g. Al final la termocupla queda protegida y lista para cualquier medición.

Figura 33. Termocupla acoplada al protector cerámico.

2.6INSTALACIÓN ELECTRICA DE LA TERMOCUPLA TIPO K.

Para la conexión exitosa debemos tener en cuenta la siguiente

nomenclatura:

A, B, puerto de conexión para 220 voltios.

F, G, cable de conexión (compresión) de color verde.

6, 7, cables.

9, 10, cable de compresión de color verde (mellizos).

36



Figura 34. Nomenclaturas de los puertos.

Figura 35. Cables de color rojo y verde.

Figura 36. Cables mellizos de compresión.

37



Los procedimientos de instalación son los siguientes:

a. Conectar el cable 6 al puerto A y el cable 7 al puerto de conexión

marcada con la letra B.

b. Se colocan los cables de compresión 10-G, y 9-F, a los terminales

donde corresponde.

c. La conexión final queda como se muestra en la figura 37.

Figura 37

38



CAPITULO III

ENSAYOS EXPERIMENTALES Y CALIBRACION DE LA

TERMOCUPLA TIPO K

3.1CALIBRACIÓN POR MEDIO DE LA COMPARACIÓN DE LOSVOLTAJES Y TEMPERATURAS.

Estas tablas de referencia de temperatura EMF dos objetivos muy

útiles ya que proporcionan un medio para la conversión de la FEM

generada de determinadas combinaciones de materiales termopar en

temperaturas equivalente, y que permiten la calibración y verificación de

termopares y cable de extensión de termopares.

Si la unión de referencia se mantiene a 0°C, la temperatura

adecuada o EMF datos pueden ser leídos directamente desde las tablas.

Cuando no es práctico mantener la unión de referencia la temperatura a

0°C, estos cuadros todavía pueden ser utilizados por la aplicación de una

39



corrección adecuada. El valor de la corrección se puede obtener de estas

tablas.

Un ejemplo para ilustrar cómo obtener y aplicar esta corrección

de la siguiente manera.

Supongamos que un termopar tipo K fue utilizado en una

instalación para determinar la temperatura de un medio líquido y una

salida de los CEM de 27.149 mV.

Además, un termómetro de mercurio en las proximidades de la

unión de referencia del termopar produce una lectura de 18 ° C.

Para utilizar el cuadro tipo K de obtener un valor para la

temperatura del medio líquido, el resultado observado de la CEM termopar

primero debe ser corregida para compensar la diferencia entre la

temperatura de la unión de referencia y efectivamente utilizados en 0 ° C.

La corrección es el valor dado por el CEM el cuadro Tipo k a la

temperatura de la unión de referencia realmente utilizados (18 ° C). Como se

muestra a continuación, este valor EMF (0.718 mV) es algebraicamente

agregados a la salida EMF observado para obtener el valor de los CEM que

el termopar produciría si la unión de referencia fueron a 0°C.

• Observado Tipo k: Salida: 18 °C : 0.718 mV

• Factor de corrección (valor de la tabla a la temperatura de referencia

efectivamente utilizada) para la unión de referencia a 18 ° C: 0.718.

mV

• Corregido de salida: 27.867 mV.

La salida corregida de 27.867 mV se utiliza para determinar a

partir de la tabla el tipo k, valor de temperatura equivalente de 670 ° C.

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3.2CALIBRACION DE LA TERMOCUPLA

Para calibrar la termocupla, existe dos métodos fundamentales: a

través de medición y comparación de datos termodinámicos a nivel de

Huancayo, y por comparación de voltajes y temperatura a través de tablas

estandarizadas para cada tipo de termocuplas.

3.2.1 Punto de ebullición del agua a condiciones termodinámicas a

nivel de Huancayo.

Los datos termodinámicos a nivel de Huancayo son:

Presión atmosférica 520 mm Hg.

Altitud 3 250 msnm

Punto de ebullición del agua: 87 °C.

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Aprovechamos el punto de ebullición del agua, y los procedimientos

son:

• Preparamos la termocupla para medir la temperatura de

ebullición del agua a condiciones termodinámicas de Huancayo.

Figura 38. Preparación del módulo para medir el punto deebullición

• Se pone a hervir el agua sobre una estufa en un ambiente

cerrado.

Figura 39. Agua a punto de hervir.

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• Se introduce la punta de la termocupla hasta a una altura de 1.0

cm, de la base del vaso de precipitación, y registramos la

lectura de 87 °C.

Figura 40. Lectura digital de 87 °C, punto de ebullición del agua

a nivel de Huancayo.

3.2.2 Por comparación de voltajes versus temperatura

Datos para el aluminio:

DATOS COMPARATIVOSTemperatura ambiente 18 °C

Voltaje equivalente a temperatura ambiente 0.718 mvVoltaje de operación 27.149mvVoltaje total 27.867 mv

Temperatura encontrada 670 °C

CONCLUSIONES

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Las conclusiones más importantes a considerar en este proyecto son las

siguientes:

1. Para construir protectores de porcelana la composición óptima es: .50% de

caolín, 20 % de feldespato y 30 % de arcilla blanca.

2. Para adquirir la plasticidad de colada dicha barbotina es fermentada con

azúcar blanca en la proporción de 1 litro de barbotina por 150 gramos de

azúcar blanca.

3. La temperatura de sinterización de dicha porcelana es de 1300 °C.

4. Si no funciona el sensor de temperatura, se puede calcular la temperatura,

usando un voltímetro y realizando el ploteo con las tablas respectivas para

cada tipo de termocupla.

5. La termocupla Tipo K se la conoce también como la termocupla Chromel-

Alumel (marcas registradas de Hoskins Manufacturing Co., EE.UU.). El

Chromel es una aleación de aproximadamente 90% de níquel y 10% de

cromo, el Alumel es una aleación de 95% de níquel, más aluminio, silicio y

manganeso.

6. Las termocuplas Tipo K pueden utilizarse en forma continua en atmósferas

oxidantes e inertes hasta 1.260º C y constituyen el tipo más satisfactorio de

termocupla para uso en atmósferas reductoras o sulfurosas o en vacío.

RECOMENDACIONES

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Las recomendaciones principales son:

1. Es recomendable usar la funda de porcelana protegiendo el termopar en

ambientes corrosivos y a una temperatura superior a 500 °C.

2. Para temperaturas inferiores a 500 °C, es recomendable usar el protector

metálico.

3. Nunca se debe introducir la totalidad del termopar protegido en las

mediciones pirometalúrgicas, solo 5 centímetros partiendo de la junta.

4. El sensor debe estar alejado por lo menos 2 metros de la termocupla.

5. Debe considerarse la transferencia de calor al medio y viceversa para no

afectar la lectura.

6. Si la termocupla es usada sin el sensor de temperatura ( scanner)

7. es recomendable usar un voltímetro de amplio rango de escalas de lectura.

BIBLIOGRAFIA

49



T. J. Seebeck, Abhandlungen der Preussischen Akad, Wissenschaften,265

(1822).

H. B. Callen, Thermodynamics and an introduction to

thermostatisticsWissenschaften, John Wiley & sons, Second Edition, (1985).

J. M. Ziman, Principles of the theory of solids, Cambridge University Press,

(1964).

ASTM Standard E220, "Standard Method for Calibration of Thermocouples

by Comparison Techniques," American Society for Testing and Materials.

ASTM Special Technical Publication STP-470B, "Manual on the Use of

Thermocouples in Temperature Measurement," American Society for

Testing and Materials.

ASTM Standard E-563, "Standard Recommended Practice for Preparation

and Use of Freezin Point Reference Baths," American Society for Testing

and Materials.

NBS Monograph 124, "Reference Tables for Low Temperature

Thermocouples," National Bureau of Standards.

INTERNET:

http://www.micropelt.com.

http://www.schooljunction.com.

http://www.worldhistory.com/wiki/r/radioisotopethermoelectric-

generator.htm.

http://www.its.caltech.edu/_jsnyder/thermoelectrics/

−historypage.

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http://www.worldhistory.com/wiki/r/radioisotopethermoelectric-generator.htm






TABLAS PARA TERMOCUPLAS TIPO B

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TABLAS PARA TEMPERATURA TIPO E

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TABLAS PARA TERMOCUPLAS TIPO J

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TABLAS PARA TERMOCUPLAS TIPO R

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TABLAS PARA TERMOCUPLAS TIPO S

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TABLAS PARA TERMOCUPLAS TIPO T

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EXPERIMENTOS FUTUROS CON LA AYUDA DE LA

TERMOCUPLA ANÁLISIS TERMICO EN METALES

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VELOCIDADES DE ENFRIAMIENTO

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Documents

proyecto - tesis-Metalurgia 2009