4AM2 Equipo 7 Segundo Parcial Metrología

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL.
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Ticomán.
Materia: Metrología. 
Profesor: Hernández Estrada Ricardo Agustín.
Exposición equipo 7 – Segundo parcial.
Integrantes del equipo:
· Herrera Rangel Hector Francisco.
· Rivera Hernández Cristian Iván.
· Suárez Flores Ángel.
Grupo: 4AM2.
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16 de abril de 2023.
 
Índice.
· Materiales para termopar.	3
· ¿Qué son y para qué sirven los termopares?	3
· ¿Qué es un termopar?	4
· Para qué sirve un termopar.	4
· Pirómetros de Temperatura.	6
· ¿Cómo se selecciona un pirómetro de temperatura?	6
· Tipo de entrada.	6
· Tamaño de carátula.	6
· Salida del pirómetro.	7
· ¿Cuáles son los diferentes tipos de equipos de control de temperatura, y cómo funcionan?	7
· Regulación de encendido y apagado.	7
· Control Proporcional.	8
· Control PID.	8
· Bibliografía.	10	
Materiales para termopar.
¿Qué son y para qué sirven los termopares?
Todos los procesos industriales, ya sea que sean realizados por personas o se realicen de manera automática, deben supervisar distintos factores que en caso de variar pueden afectar la calidad de los productos. La temperatura es uno de los factores más importantes que debe ser monitoreada, pero en muchas de las industrias los procesos de producción y almacenamiento llega a temperaturas extremas en donde los instrumentos convencionales no son efectivos. En esos casos se deben utilizar dispositivos especializados que permitan medir temperaturas muy altas o bajas, uno de esos dispositivos es el termopar.
En la entrada de hoy hablaremos sobre qué son y para qué sirven los termopares, una herramienta indispensable para las industrias que requieran medir y monitorear de manera constante la temperatura de sus distintos procesos.
En las ramas de la industria en donde se manejan alimentos, metales, plásticos, vidrio, entre otras, uno de los principales elementos que puede influir en la calidad de los productos o puede hacer más o menos efectivo los procesos de almacenaje, transporte y producción, es la temperatura. Para mantenerla estable debemos medirla de manera continua con un rango mínimo de error y con el menor tiempo de retraso.
El lograr esto parece ser una tarea muy difícil, puesto que en la mayoría de las industrias que realizan procesos con ese tipo de materiales y productos se manejan temperaturas muy alta o muy bajas, con ambientes severos y que suelen representar un riesgo para los dispositivos comunes utilizados para medir la temperatura, como los termómetros digitales o los de mercurio que no están diseñados para resistir las exigencias de las maquinarias y únicamente funcionan para medir rangos bajos de temperatura; o cuentan con normas de seguridad que evitan utilizar dispositivos de medición que puedan contaminar los productos, como es el caso de los termómetros de mercurio.
Pero gracias a los avances que ha tenido la tecnología industrial en los últimos siglos se han desarrollado herramientas especializadas para realizar esta tarea, una de ellas, quizá la herramienta más importante para medición de temperatura en la industria es el termopar, un dispositivo que permite la lectura de un amplio rango de temperaturas y que puede resistir las exigencias que encontramos en las diversas ramas industriales. Tiene un factor de error mínimo y un tiempo de respuesta rápido.
¿Qué es un termopar?
Un termopar es un dispositivo diseñado para la medición de temperatura, basado en efectos termoeléctricos, lo que le permite medir temperaturas superiores a los 2 000° C e inferiores a los -250° C, dependiendo los materiales con los que se fabrique. Es un circuito formado por dos conductores de metales diferentes o aleaciones de metales diferentes, que se encuentran en forma de cable y están unidos en uno de sus extremos y separados por el otro. Cuando en sus uniones existe una diferencia de temperatura, se origina una fuerza electromotriz, conocida como el efecto Seebeck.
Este efecto recibe su nombre de Thomas Johann Seebeck, que fue el científico que lo descubro en el año 1821. La fuerza electromotriz generada por el termopar está en función de la diferencia de temperatura entre la unión fría (la parte que está separada) y caliente (las puntas que están unidas). La mayoría de los termopares son fabricados de la misma manera y funcionan bajo el mismo principio. Utilizan una gran variedad de metales, entre los más comunes encontramos el hierro, cobre, constantán, níquel y cromo; los diseñados para más altas temperaturas utilizan metales preciosos como el platino y el rodio.
Un termopar se construye con cables formados por hilos muy finos, en la mayoría de los casos su diámetro de 0.010 pulgadas o 0.25 milímetros. Los pequeños cables están contenidos en un tubo de metal y aislados eléctricamente del tubo exterior para evitar que cualquier corriente eléctrica o estática externa altere la lectura de la temperatura. Generalmente se encuentran inmersos en un líquido que tiene un alto nivel de conducción del calor o se encuentran expuestos al ambiente para leer con mayor facilidad la temperatura.
Cuando existe un cambio en la temperatura de la punta de los cables la fuerza electromotriz que genera se representa en forma de una tensión eléctrica muy pequeña que la mayoría de los dispositivos no pueden leer. Esta tensión del termopar se introduce en un controlador que forma parte del dispositivo y que interpreta la señal. Generalmente la señal generada se amplifica para que pueda ser leída por el controlador y convertida en una lectura de temperatura en grados centígrados o Fahrenheit, según se requiera.
Para qué sirve un termopar.
Los termopares son ampliamente utilizados en una gran variedad de industrias que requieren una medición y control preciso de la temperatura. En especial en las industrias en las que por sus normativas o ambientes severos que generan las maquinarias no pueden utilizar otros métodos para medir la temperatura. Rara vez son utilizados en los hogares, aunque algunos modelos llegan a ser utilizados en quemadores u hornos comerciales.
Como hemos mencionado, existen distintos tipos de termopar que se distinguen por los rangos de temperatura que pueden detectar, el material de los metales que lo componen y el tipo de aplicación que se le dará. Entre los más comunes encontramos el tipo J y el tipo K. El termopar tipo J utiliza una combinación de cables de hierro y constantán (una aleación conformada de 55 por ciento de cobre y un 45 por ciento de níquel), registra temperaturas de 95° C hasta 760° C. El termopar tipo K se fabrica con cables de Cromel (aleación de níquel y cromo) y Alumel (aleación de níquel y aluminio), lo que le permite medir temperaturas de 96° C hasta 1 260° C.
Para medir procesos a temperaturas bajas y criogénicas se utilizan los tipos T y N. El termopar tipo T es diseñado con cables de cobre y constantán. Su rango de temperatura es de -250° C a 350° C. El termopar tipo N, usa una combinación de Omega-P (aleación de níquel, cromo y silicio) y Omega-N (aleación de níquel, silicio y magnesio). Su rango de temperatura es de -270° C a 1 300° C.
También, como mencionamos anteriormente, hay modelos que utilizan metales preciosos como los tipo R, tipo S y tipo B, que utilizan una combinación de Platino y Rodio, los cuales deben protegerse contra la contaminación y soportan temperatura de hasta 1 700° C. Debido a que los materiales utilizados para su fabricación son muy extraños, estos tipos de termopar es muy costoso.
Para seleccionar el tipo de termopar adecuado para tu industria se deben usar distintos criterios, de este modo podrás asegurarte de que sea el ideal y cumpla con las necesidades de tu empresa. Los principales criterios son: rango de temperatura, resistencia química del termopar o del termopozo (piezaque protege los alambres del termopar), resistencia a la abrasión y la vibración y lo requisitos de instalación, puesto que para algunos modelos es necesario que el termopar sea compatible con el equipo existente.
Como hemos visto, existen una gran variedad de modelos de termopar. El elegir el que se adecue a tu industria no es una tara fácil, pero te puedes asesorar con los expertos de JM Industrial, donde también podrás adquirir este dispositivo. JM Industrial es una empresa especializada en su distribución y dispone de los distintos modelos que puedan adaptarse a las necesidades de cada cliente. Nuestra amplia experiencia nos ha colocado como la mejor empresa especializada en la fabricación y distribución de una amplia gama de sensores y dispositivos para medición y registro de temperatura, humedad y otros factores.
Contamos con termopares tipo J, tipo K, tipo T, tipo E, tipo R, tipo S; así como RTDs Pt100, Pt200, Pt500, Pt1000, termopozos, registradores de temperatura, data logger, entre otros productos. De igual manera contamos con el software y las herramientas necesarias para que puedas controlar y dar seguimiento a tus dispositivos de control, medición, monitoreo y análisis de temperatura, humedad y otros parámetros.
Ofrecemos en todo momento la mejor tecnología a la vanguardia para garantizar la máxima calidad de nuestros productos. Contamos con amplia experiencia en el mercado que nos ha colocado como uno de los distribuidores más importantes y reconocidos a nivel nacional. Ya son cientos de empresas las que usan nuestros productos y nos recomiendan.
Te invitamos a conocer nuestro catálogo en línea y ponerte en contacto con nosotros para adquirir los mejores dispositivos disponibles en el mercado para medir, monitorear, registrar y almacenar datos, como la temperatura. No olvides seguir navegando por nuestro sitio web para conocer más información sobre nosotros y los productos que tenemos a tu disposición. Si tienes dudas, preguntas o necesitas asesoría sobre nuestros productos, estamos a tu disposición en nuestras líneas telefónicas, correo electrónico, redes sociales y oficinas, en donde uno de nuestros ejecutivos altamente capacitados en el tema te atenderá con gusto.
Pirómetros de Temperatura.
Un controlador de temperatura es un instrumento usado para el control de la temperatura. El controlador de temperatura toma una entrada de un sensor de temperatura y tiene una salida que está conectada a un elemento de regulación como calentador o ventilador.
En conjunto con un sensor (Termopar o RTD Pt100) un pirómetro de temperatura realiza la función de control ON-OFF, P o inclusive control PID de un sistema en donde se necesita mantener la variable industrial más frecuentemente medida.
Compara la temperatura real con la temperatura de control deseada, o punto de ajuste, y proporciona una salida a un elemento de control. El controlador es una parte de todo el sistema de control, y se deberá analizar todo el sistema para seleccionar el controlador adecuado.
¿Cómo se selecciona un pirómetro de temperatura?
Existen tres puntos básicos en la selección de un control de temperatura:
· Tipo de entrada
· Tamaño de la carátula
· Salida del pirómetro
Tipo de entrada: 
La mayoría de los fabricantes de pirómetros hoy en día diseñan sus dispositivos compatibles con los sensores de temperatura de uso más distribuido como Termopares y RTD.
Tamaño de carátula: 
Internacionalmente se ha adoptado el uso de un estándar llamado tamaño DIN para la clasificación de los pirómetros por dimensión de carátula.
Los principales tamaños DIN para controladores son:
· 1/32 DIN: 48X24 mm
· 1/16 DIN: 48X48 mm
· 1/8 DIN: 96X48 mm
· 1/4 DIN: 96X96mm
Salida del pirómetro: 
Industrialmente existen tres tipos de salidas de mayor uso en procesos de control y automatización que son: Relay, Pulso y Corriente.
La salida Relay que también es llamada salida a relevador se trata de un platino Normalmente Cerrado o Abierto que ejecuta la acción complementaria en función de la temperatura de control.
Por otro lado, la salida de Pulso mejor conocida como a relevador de estado sólido se trata de un nivel de Voltaje en CD.
En conjunto con la salida de Pulso se utilizan los relevadores serie XSSR.
Finalmente, el tipo de salida de corriente se utiliza para sistemas modulantes 4 a 20 mA.
¿Cuáles son los diferentes tipos de equipos de control de temperatura, y cómo funcionan?
Hay tres tipos básicos de controladores: encendido-apagado, proporcional y PID. Dependiendo del sistema a regular, el operador podrá usar un tipo u otro para regular el proceso.
Regulación de encendido y apagado.
Un controlador de encendido y apagado es la forma más sencilla de un dispositivo de control de temperatura. La salida del dispositivo está ya sea encendida o apagada, sin estado intermedio. Un controlador de encendido y apagado conmutará la salida sólo cuando la temperatura cruce el punto de ajuste. Para la regulación de calentamiento la salida está encendida cuando la temperatura está por debajo del punto de ajuste, y apagada por encima del punto de ajuste. Puesto que la temperatura cruza el punto de ajuste para cambiar el estado de la salida, la temperatura de proceso estará en un ciclo continuo e irá de debajo del punto de ajuste hacia arriba, y volverá a estar debajo. En casos en los que este ciclado ocurra rápidamente, y para evitar daños a contactores y válvulas, se agrega a la operaciones del controlador un diferencial de encendido-apagado, o "histéresis". Este diferencial requiere que la temperatura se aleje del punto de ajuste en una cierta cantidad antes de que la salida se encienda o se apague otra vez. El diferencial de encendido y apagado impide que la salida haga "alharaca" o haga conmutaciones rápidas y continuas si los ciclos por encima y debajo del punto de ajuste ocurren muy rápidamente. La regulación de encendido y apagado normalmente se usa cuando no es necesaria una regulación precisa, en sistemas que no pueden manejar que la energía se encienda y apague frecuentemente, en los que la masa del sistema es tan grande que las temperaturas cambian de manera extremadamente lenta, o para una alarma de temperatura. Un tipo especial de regulación de encendido y apagado que se usa para una alarma es un controlador de límite. Este controlador usa un relé con enclavamiento, que se debe restablecer manualmente, y se usa para apagar un proceso cuando se alcanza cierta temperatura.
Control Proporcional.
Los controles proporcionales están diseñados para eliminar los ciclos relacionados con la regulación de encendido y apagado. Un controlador proporcional disminuye la potencia promedio que se suministra al calentador a medida que la temperatura se aproxima al punto de ajuste. Esto tiene el efecto de frenar el calentador de modo que no tenga un sobre impulso más allá del punto de ajuste, sino que se aproximará al punto de ajuste y mantendrá una temperatura estable. Esta acción de proporcionamiento se puede lograr al encender y apagar la salida por intervalos cortos. Este "proporcionamiento de tiempo" varía la relación tiempo "encendido" a tiempo "apagado" para regular la temperatura. La acción de proporcionamiento ocurre dentro de una "banda de proporcionamiento” alrededor de la temperatura del punto de ajuste. Fuera de esta banda, el controlador funciona como una unidad de encendido y apagado, con la salida bien en completamente encendido (debajo de la banda) o completamente apagado (encima de la banda). Sin embargo, dentro de la banda, la salida se enciende y apaga en la relación de la diferencia de medida re la banda. En el punto de ajuste (el punto medio de la banda proporcional) la relación encendido: apagado de la salida es 1:1, es decir, que el tiempo encendido y el tiempo apagado son iguales. Si la temperatura está más alejada del punto de ajuste, los tiempos de encendido y apagado varían en proporción a la diferencia de temperatura. Si la temperatura está por debajo del punto de ajuste, la salida estará encendida más tiempo; si la temperatura es demasiadoalta, la salida estará apagada más tiempo.
Control PID.
El tercer tipo de controlador ofrece control proporcional con integral y derivada, o PID. Este controlador combina el control proporcional con dos ajustes adicionales, lo que ayuda a que la unidad compense automáticamente los cambios en el sistema. Estos justes, integral y derivada, se expresan en unidades de base de tiempo; también se les llama por sus recíprocos, RESTABLECER y TASA, respectivamente. Los términos proporcional, integral y derivada se deben ajustar o "afinar" individualmente a un sistema en particular usando prueba y error. Proporciona el control más preciso y estable de los tres tipos de controlador, y se usa mejor en sistemas que tienen una masa relativamente pequeña, los que reaccionan rápidamente a los cambios en la energía agregada al proceso. Se recomienda en sistemas en los que la carga cambia con frecuencia y se espera que el controlador compense automáticamente debido a los cambios frecuentes en punto de ajuste, la cantidad de energía disponible, o la masa a controlar. OMEGA ofrece numerosos controladores que se afinan automáticamente. Estos se conocen como controladores de afinación automática.
Bibliografía.
1.- https://www.jmi.com.mx/literatura/blog/item/40-que-son-y-para-que-sirven-los-termopares.html#:~:text=La%20mayor%C3%ADa%20de%20los%20termopares,el%20platino%20y%20el%20rodio.
2.- https://ceiv.com.mx/pirometros-de-temperatura/#:~:text=Un%20pir%C3%B3metro%20de%20temperautra%20es,temperatura%20de%20montaje%20en%20panel
3.- https://mx.omega.com/prodinfo/control-de-temperatura.html