proyecto - tesis-Metalurgia 2009

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

INSTITUTO SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO “ANDRÉS AVELINO CÁCERES DORREGARAY”

CARRERA PROFESIONAL DE METALURGIA METALURGIA

INSTALACION Y CALIBRACIÓN DE LA TERMOCUPLA TIPO K PRESENTADO POR: CAYSAHUANA CHAUPIS, Franco Jesús CANO CHURAMPI, Jessica Lilibeth CONDORI TAMBINI, Kleber Alejandro FERRER ORONCUY, Roberson Elvis GASPAR RAMOS, Juan Carlos HINOJOSA APOLINARIO, Lewis Anderson MORALES CUYUTUPAC, Luis Enrique RIVERA DAVILA, Josmell VALDEZ ESPINOZA, Diego Armando VALENCIA BARZOLA, Edson Luis PARA OPTAR EL TÍTULO DE PROFESIONAL TÉCNICO EN

METALURGIA SAN AGUSTÍN DE CAJAS – HUANCAYO – PERÚ

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2009

ASESOR: Ing. Met. HEBER ELISEO EGOAVIL VICTORIA





















DEDICATORIA A nuestros queridos padres, por su gran esfuerzo,

para

ver

a

sus

hijos

Profes Profesion ionale ales. s. Que Que Dios Dios los protej proteja a y que vivan para gozar de nuestro triunfo.





















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.





















INDICE DEDICATORIA OBJETIVOS INTRODUCCION

CAPÍTULO I TERMOCUPLAS

1.1 DEFINICIÓN.............................................................................................09 1.2 TIPOS 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 ........ .12

1.2.6

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

1.2.7

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

1.3 PARTES

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





















CAPITULO II INSTALACION DE DE LA TERMOCUPLA TIPO K 2.1 DATOS

TECNICOS..................................................................................28

2.2 PARTES

DE LA TERMOCUPLA TIPO K.................................................28

2.3 HERRAMIENTAS 2.4 FABRICACIÓN

PRINCIPALES PARA EL ENSAMBLAJE...................29

DEL PROTECTOR DE PORCELANA............................30

2.5 ANCLAJE DE LA FUNDA CERAMICA:....................................................34 2.6 INSTALACIÓN

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 3.2 CALIBRACION DE LA TERMOCUPLA................................................... 45 3.2.1 Punto de ebullició ebullición n del agua agua a condic condiciones iones termodinámi termodinámicas cas a nivel de Huancayo...................................................................45 3.2.2

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

CONCLUSIONES...........................................................................................48 RECOMENDACIONES..................................................................................49























INTRODUCCIÓN Esta Esta tesi tesiss mues muestr tra a el trab trabaj ajo o real realiz izad ado o en el depa depart rtam amen ento to de metalurgia por los estudiantes que conforman este equipo. Dentro de los trabajos mas importantes hemos tenido: la instalación electrónic electrónica a de la termocupla termocupla tipo K. la construcción construcción del protector protector en base a porcel porcelana ana para para altas altas temper temperatu aturas ras,, el reajus reajuste te del sensor sensor de temper temperatu atura ra llamado también scanner y la lectura de temperatura en base a los voltios con la utilización de las tablas respectivas.





















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 segu segund ndo o capi capitu tulo lo la parte parte mas mas resa resaltltan ante te del del proy proyec ecto to de inno innova vaci ción ón tecn tecnol ológ ógic ica a es la cons constr truc ucci ción ón de la fund funda a cerá cerámi mica ca de alta 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





















CAPÍTULO I TERMOCUPLAS 1.1 DEFINI DEFINICIÓ CIÓN N Las termocuplas son el sensor de temperatura más ampliamente usado en la industria. Una termocupla es un traductor de temperatura, es deci decir, r, un disp dispos osititiv ivo o que que trad traduc uce e una una magn magnititud ud físi física ca en una una seña señall eléctrica. Está compuesta por dos alambres de metales diferentes, los que unid unidos os conv conven enie ient ntem emen ente te gene genera ran n entr entre e sus sus extr extrem emos os libr libres es una una





















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 TIPOS DE TERMOCUPLA TERMOCUPLAS S 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 temp temper erat atur ura a ambi ambien ente te.. Las Las term termoc ocup upla lass

tipo tipo B resu resultltan an

satisfactorias para uso continuo en atmósferas oxidantes o inertes a temperaturas temperaturas hasta 1.700º C. También resultan satisfactorias durante cortos periodos de tiempo en vacío. Las Las desv desven enta taja jass de la term termoc ocup upla la tipo tipo B son son su baja baja tensión de salida y su incapacidad para ser utilizada en atmósferas





















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 apli aplica can n las las sigu siguie ient ntes es limi limita taci cion ones es al uso uso de las las termocuplas Tipo R: Nunca se las deben usar en atmósferas reductoras, ni tamp tampoc oco o en aque aquella llass que que cont contie iene nen n vapo vapore ress metá metálic licos os o no metá metálic licos os u óxid óxidos os fáci fácilm lmen ente te redu reduci cido dos, s, a meno menoss que que se las 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 platinorodi rodio. o. Es el está estánd ndar ar inte interna rnaci cion onal al para para la dete determ rmin inac ació ión n 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 limi imitaciones que las las termocuplas Tipo R y Tipo B y también son menos estables que la termocupla Tipo B cuando se las utiliza en vacío .























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 Las sigu siguie ient ntes es limi limita taci cion ones es se apli aplica can n al uso uso de las las termocuplas Tipo J: •

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

•

A causa ausa de la oxid oxidac ació ión n y frag fragililid idad ad pote potenc ncia ial,l, no se las las recomienda para temperaturas inferiores a 0º C.

•

No debe deben n somet ometer erse se a cicl ciclos os por por enci encima ma de 760º 760º C, aún aún dura durant nte e corto cortoss peri period odos os de tiemp tiempo, o, si en algú algún n mome moment nto o posterior llegaran a necesitarse lecturas exactas por debajo de





















Las Las term termoc ocup upla lass Tipo Tipo K pued pueden en util utiliz izar arse se en form forma a cont contin inua ua en atmó atmósf sfer eras as oxida oxidant ntes es e inert inertes es hast hasta a 1.26 1.260º 0º 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. Resu Resultlta a sati satisf sfac acto tori ria a para para uso uso cont contin inuo uo en vací vacío o 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 termo termocu cupla pla Tipo Tipo E, o Chrom Chromel el-c -con onst stan antán tán,, pose posee e la





















1.3 PARTES PARTES DE LA TERMOCUPLA TERMOCUPLA Una termocupla termocupla consiste consiste de las siguientes siguientes partes: elemento de termocupla, bloque terminal, cabezal de conexión, y tubo protector.

1.3. 1.3.11 Elem Elemen ento to de ter termo mocu cupl plaa Es la junta que va protegida ya sea por una pared de porcelana o aros de porcelana.(Figura 1 ).

1.3. 1.3.22 Bloq Bloque ue T Ter ermi mina nall 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





















Figura 3. Cabezal de conexión, vista transversal. tr ansversal.

1.3.4 1.3.4 Extens Extensión ión de de conexi conexión ón del del cabeza cabezall 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

nomenclatura a la letra N. (Figura 4.)

extensión

tiene

como





















puede estar ajustado ajustado al cabezal de la conexión. (Figuras (Figuras 5, 6, 7, y 8.). Su símbolo es la letra P.

Figura 5. Nomenclatura del tubo protector

Figura 6. Longitud del tubo protector























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)









































1.4. 1.4.11 La Lass Pri Prime mera rass Teo Teorí rías as A.

Leyes de Contacto Al iniciar este apartado debemos recordar que esta incu incurs rsió ión n por por el camp campo o de la elec electr tric icid idad ad,, tiene tiene por por obje objeto to cumpl umplir ir con con los "Prin Princcipi ipios eléc léctric trico os de aplic licació ación n 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)





















Recuér Recuérdes dese e que en una unión unión cobrecobre-zin zinc, c,

éste 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





















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 apara parati tito to de aula, ula, Fig. Fig. 13, lo demu emuestr estra a muy muy claramente. El par bismuto - cobre, comprende entre los dos























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 volt voltím ímet etro ro por por grad grado o de dife difere renc ncia ia de temp temper erat atur ura, a, y se escalonan en el orden siguiente para una serie de conductores:























B. La Te Teorí oríaa del Efect Efecto o Seebec Seebeckk 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 colocar a distintas distintas temperaturas temperaturas las soldaduras soldaduras entre los dos























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























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 Jean Char Charle less Atha Athana nase se Pelt Peltie ierr (178 (1785 5 − 1845 1845), ), un























los electrones se mueven en sentido contrario, su velocidad aumenta por efecto del campo eléctrico extra. Este aumento de la veloc velocida idad d electr electróni ónica ca puede puede verse verse nuevam nuevament ente e como como un aumento de la temperatura. En la figura 14, se muestra un esquema de un arreglo

























asociada es proporcional a ambos, el gradiente térmico y la

















































CONEXI CONEXIÓN ÓN (200 (200 Volti Voltios) os) CABLE CABLE DE COMPRE COMPRESIO SION N

























Figura 16. Herramientas de trabajo



















































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































EXPERIMENTOS FUTUROS CON LA AYUDA DE LA TERMOCUPLA ANÁLISIS TERMICO EN METALES































































VELOCIDADES DE ENFRIAMIENTO

proyecto - tesis-Metalurgia 2009

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