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Efecto TermoeléctricoPAR TERMOELECTRICO, TERMOCUPLA O TERMÓMETRO TERMOELECTRICO:

Un termocupla se compone de dos hilos de diferentes metales unidos en sus extremos (Figura1.01). Una junta es la junta caliente o de medición y la otra la de referencia o junta fría. Thomas Seebeck en 1821 describió el fenómeno que consiste en la circulación de una corriente en dicho circuito.

Figura 1.01

El fenómeno descripto por Seebeck ocurre por la combinación de dos efectos termoeléctricos combinados, el efecto Peltier y el efecto Thomson, éstos están sobre impuestos con el efecto Joule.Estos efectos se pueden ver como fuerzas electromotrices generadas en cada caso a saber:

1. El efecto Peltier produce una f.e.m en la junta de dos metales diferentes. Esta fem depende de la temperatura y del par de metales que forman la junta. La unión de los metales debe ser en un contacto íntimo, pero, no necesariamente soldada. Jean Peltier descubre su efecto en 1834.

Este efecto se puede manifestar también como la absorción o liberación de energía térmica cuando en una junta de metales diferentes circula una corriente. Ver figura 1.02.

Figura 1.02 Efecto Peltier

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2. El efecto Thomson da la relación entre la fem generada en un conductor homogéneo simple y la diferencia de temperatura entre sus extremos. Esta fem crece con la diferencia de temperaturas y depende del metal en cuestión. Figura 03. También se manifiesta en la liberación o absorción de calor cuando una corriente circula por un metal homogéneo en el que hay un gradiente de temperaturas entre sus extremos.

La liberación de calor sucede cuando la corriente circula en el conductor en la misma dirección que lo hace el flujo de calor en el mismo que está dado por el gradiente de temperaturas mencionado.

Como vemos por las observaciones anotadas en 1 y en 2 esos fenómenos son reversibles, no lo es así el efecto Joule.

Figura 1.03 Efecto Thomson

CURVAS CARACTERÍSTICAS DE TERMOPARES

Los pares mas usados tienen tabulaciones de su salida en milivoltios para el rango de temperaturas en los que es conveniente aplicarlos , hay que fijarse con qué temperatura de referencia han sido hechas las tablas en general se considera la junta fría a 0ºC.Por ejemplo :si en la realidad se usara una temperatura estabilizada de 30ºC para la junta fría, la fem generada será menor, pues será la tabulada respecto de cero grados menos la tabulada la para 30ºC respecto de cero.Para hallar la temperatura habrá que sumarle a la fem de la medición la fem de los 30ºC que usamos como referencia en este caso.

En la Figura 1.11.se grafican las fem producidas por distintas termocuplas respecto de las mismas a 0ºC como temperatura de referencia.La sensibilidad de las termocuplas no es constante, depende de la temperatura, es decir no son lineales

SENSIBILIDADES

Una de las sensibilidades mas elevadas está en el orden de 60µV/ºC para el par Cobre Constantan a 350ºC.En cambio la menos sensible Platino-Platino Rodio que entre 0 y 100ºC da 6µV/ºC.

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Entonces 1µV es 1micro Volts, sensibilidad que de mantenerse dará un incremento de la salida solo 0.6 mV en los 100ºC.

EXACTITUDES

Las exactitudes en las aplicaciones donde se usan alambres standard sin una calibración específica , donde se debe descansar en características estadísticas del material provisto no son muy elevadas.

Dentro de este caso las más exactas son las de Pt –Pt Rh. que se pueden considerar en el +/- 0.25% de la medición.

Figura 1.11

CUESTIONARIO

1. Describir las características de los elementos de los esquemas 1 y 2

a) Fuente Alterna. 220v, 60Hz:

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1 Tipo E Cromel - Constantan

2Tipo J Hierro - Constantan

3 Tipo KCromel - Alumel

4Tipo R Platino - Platino Rodio13%

5Tipo S Platino - Platino Rodio 10%

6 Tipo B Pt Rh 6% - Pt Rh 30%

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Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés, de alternating current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente. La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una oscilación sinusoidal, puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía.

b) Instrumento medidor y regulador de la temperatura:

Los reguladores de temperatura realizan trabajos de regulación sencillos y complejos. Se puede conectar a los reguladores de temperatura diferentes tipos de sensores. Los reguladores de temperatura ofrecen la posibilidad de procesar señales de sensores de resistencia o de termoelementos.

c) Contactor:

Un contactor es un componente electromecánico que tiene por objetivo establecer o interrumpir el paso de corriente, ya sea en el circuito de potencia o en el circuito de mando, tan pronto se energice la bobina (en el caso de ser contactores instantáneos). Un contactor es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor o instalación, con la posibilidad de ser accionado a distancia, que tiene dos posiciones de funcionamiento: una estable o de reposo, cuando no recibe acción alguna por parte del circuito de mando, y otra inestable, cuando actúa dicha acción.

d) Termocupla:

Un termopar (también llamado termocupla) es un transductor formado por la unión de dos metales distintos que produce un voltaje (efecto Seebeck), que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" o unión caliente o de medida y el otro denominado "punto frío" o unión fría o de referencia.

e) Horno (cocinilla):

Consiste en un alambre de alta resistencia enrollado varias veces alrededor de una placa rectangular de hierro. El alambre, que al conducir la electricidad adquiere un brillo blanco anaranjado, esta situado en el centro de una pantalla parabólica que concentraba y difundía el calor en un haz.

2. ¿Cuántos circuitos eléctricos (cerrados) existen en el esquema 1?

Analizando el esquema 1 (PARTE 1) se pueden contabilizar 3 circuitos eléctricos cerrados.

3. Dibujar la termocupla usada, indicando los materiales de su composición y la polaridad correspondiente.

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Donde :Material X = Cobre (Cu)Material Y = Otro metal (galvanizado)

4. Construir la curva de regulación de la termocupla usada, con referencia al punto de ebullición del agua (Temperatura ºC vs. Minivoltios)

T (ºC)

V (mV)

99 0.599 0.592 0.480 0.377 0.360 0.247 0.144 0.143 0

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

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Polo +Polo -

40 50 60 70 80 90 100 1100

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Temperatura vs Minivoltios

ºC

mV

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El efecto Peltier realiza la acción inversa al efecto Seebeck. Consiste en la creación de una

diferencia térmica a partir de una diferencia de potencial eléctrico.

Se conoce como efecto termoeléctrico o efecto Seebeck a la conversión de una diferencia

de calor en electricidad. Se crea un voltaje en presencia de una diferencia de temperatura

entre dos metales o semiconductores diferentes.

Al construir la grafica con los datos tomados en el laboratorio, se esperaba una recta, sin

embargo los datos representan una curva esto puede significar que no existieron

adecuadas condiciones de trabajo o alguna falla en algún equipo.

Para definir la polaridad de la termocupla usada se hace uso del multímetro digital.

Al ejecutar la experiencia se tuvo que agregar agua fría al agua que estaba calentándose

en la cocinilla ya que para intervalos cortos de variación de temperatura no es apreciable

los cambios de voltaje.

Se debe tener cuidado al manipular la termocupla cuando esté en contacto con el agua

caliente ya que como la termocupla está constituida por metales, éstos conducen

fácilmente el calor.

La termocupla o termopar es un instrumento fácil de construir y que puede ser de gran

utilidad cuando no se dispone de un termómetro para medir la temperatura de algunos

materiales, solo se debe conocer como varía el Voltaje con respecto a la Temperatura.

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