MEDIDAS DE TEMPERATURA

MEDIDAS DE TEMPERATURA

1. La medida de la temperatura es una de las más comunes y de las más importantes que se efectúan en los procesos industriales. Casi todos los fenómenos fisicos están afectados por ella. La temperatura se utiliza, frecuentemente, para inferir el valor de otras variables del proceso.

2. TERMOMETRO DE VIDRIO

   • Consta de un depósito de vidrio que contiene, por ejemplo, mercurio y que al calentarse, se expande y sube en el tubo capilar.

3. TERMOMETRO BIMETALICO

   • Se fundamentan en el distinto coeficiente de dilatación de dos metales diferentes, tales como latón, monel o acero y una aleación de ferroníquel o Invar (35,5% de níquel) laminados conjuntamente.

4. TERMOMETRO DE BULBO Y CAPILAR

   • Consisten, esencialmente, en un bulbo conectado por un capilar a una espiral. Cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o el líquido en el bulbo se expanden y la espiral tiende a desenrollarse, moviendo la aguja sobre la escala para indicar la elevación de la temperatura en el bulbo.
     • Termometros Actuados Por Liquido
     • Termometros Actuados por Vapor
     • Termometros Actuados Por Gas
     • Termometros Actuado Por Mercurio

5. TERMOMETROS DE RESISTENCIA

   • La medida de temperatura utilizando sondas de resistencia depende de la variación de resistencia en función de la temperatura, que es propia del elemento de detección. El elemento consiste, usualmente, en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor adecuado bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o de cerámica.
   • El material que forma el conductor se caracteriza por el llamado "coeficiente de temperatura de resistencia" que expresa, a una temperatura especificada, la variación de la resistencia en ohmios del conductor por cada grado que cambia su temperatura.

6. TERMISTORES

   • Son semiconductores electrónicos con un coeficiente de temperatura de resistencia negativo de valor elevado, por lo que presentan unas variaciones rápidas, y extremadamente grandes, para los cambios, relativamente pequeños, en la temperatura. Los termistores se fabrican con óxidos de níquel, manganeso, hierro, cobalto, cobre, magnesio, titanio y otros metales, y están encapsulados en sondas y en discos.
     • Los termistores también se denominan NTC (Negative Temperature Coeficient - coeficiente de temperatura negativo) existiendo casos especiales de coeficiente positivo cuando su resistencia aumenta con la temperatura (PTC - Positive Temperature Coeficient).

7. SENSORES DE TEMPERATURA Y SEMICONDUCTOR

   • Dispone de funciones de transferencia que son proporcionales a la temperatura en °K, °C o °F. En la mayor parte de las aplicaciones, la señal de salida alimenta un comparador o un convertidor A/D para convertir los datos de temperatura a un formato digital.
     • Los sensores desarrollados en este campo son analógicos y digitales con tensión de salida proporcional a la temperatura absoluta o a la temperatura en °C o °F, sensibilidad 10 mV/°C y una exactitud de ± 1 °C dentro del intervalo -55 °C a 150 °C. Hay analógicos con corriente de salida proporcional a la temperatura absoluta y sensibilidad de 1 A/°C a 3 A/°C y termostatos de -40 °C a +125 °C.

8. TERMOPARES

   • Definicion y Tipos
     • El termopar se basa en el efecto, descubierto por Seebeek en 1821, de la circulación de una corriente en un circuito cerrado formado por dos metales diferentes cuyas uniones (unión de medida o caliente y unión de referencia o fría) se mantienen a distinta temperatura
       • Tipo E (Cromel)
       • Tipo T (Constantan)
       • Tipo K (Cromel) (Alumel)
       • Tipo R (Rodio - Platino 13%)
       • Tipo S (Rodio - Platino 10%)
         • Tipo B
       • Tipo N (Niquel Cromo Silicio)
   • Compensación de la Unión Fría
     • Las tablas estándar de mV de los termopares están referidas con la unión fría a 0 °C, mientras que las conexiones en panel, o en campo, son variables y di eren de 0 °C. Por lo tanto, es necesario compensar las variaciones de la temperatura en la unión fría o de referencia del termopar.
   • Circuitos Galvanométrico, Potenciómetrico y Digital
     • Se basa en la desviación de una bobina situada entre dos polos de un imán permanente, al pasar la corriente del elemento primario a su través. El paso de esta corriente produce un campo magnético que se opone al del imán permanente, y la bobina móvil gira hasta que el par magnético correspondiente es equilibrado por el par de tensión del muelle.
   • Verificación de un Instrumento y de un Termopar
     • Se utilizan las tablas de conversión de f.e.m. referidas a 0 °C de la unión fría para determinar la f.e.m. en mV correspondiente a la temperatura del proceso (t) y la f.e.m. debida a la temperatura ambiente (la medida con un termómetro de mercurio colocado al lado del instrumento). Se restan estas f.e.m., ya que en condiciones normales de trabajo el instrumento recibirá la fuerza electromotriz (V - Va) y marcará la temperatura (t) correspondiente a la f.e.m., puesto que tiene compensación de temperatura ambiente. Por lo tanto, generando con el potenciómetro (generador de mV) dicha f.e.m., el instrumento deberá marcar la temperatura (t). En caso contrario, el instrumento estará descalibrado.

9. PIROMETROS DE RADIACION

   • Los pirómetros de radiación se fundan en la ley de Stefan-Boltzmann, que dice que la intensidad de energía radiante emitida por la superficie de un cuerpo aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta (Kelvin) del cuerpo
     • Pirómetros Opticos de Desaparición de Filamento
       • Se basan en la desaparición del filamento de una lámpara al compararlo visualmente con la imagen del objeto enfocado. El operador varía la corriente de la lámpara hasta que el filamento de la misma deje de verse sobre el fondo del objeto caliente enfocado.
     • Pirómetro de Infrarrojos
       • Capta la radiación espectral del infrarrojo, invisible al ojo humano, y puede medir temperaturas menores de 700 °C, supliendo al pirómetro óptico que sólo puede trabajar, eficazmente, a temperaturas superiores a 700 °C, donde la radiación visible emitida es significativa. Las temperaturas medidas abarcan desde valores inferiores a 0 °C hasta 4.000 °C.
     • Pirómetro Fotoeléctrico
       • Consisten en materiales semiconductores cristalinos, tales como el indio antimonio (InSb), el silicio (Si), el sulfuro de plomo (PbS) y el sulfuro de cadmio (CdS), que responden a los fotones de radiación del cuerpo que se enfoca liberando cargas eléctricas a través de mecanismos de fotoelectricidad, fotoconducción o fotovoltaico. Responden a diferentes partes del espectro, de modo que muestran una gran selectividad en las ondas en que operan y su detectividad espectral es 1 millón de veces mayor que la de los detectores térmicos
     • Pirómetro de Dos Colores
       • Se basa en que la relación entre las radiaciones emitidas, en dos bandas estrechas del espectro, es función de la temperatura y de la relación entre emisividades del cuerpo correspondientes a las dos bandas.
     • Pirómetro de Radiación Total
       • Capta una banda amplia de radiación y está formado por una lente de pírex, sílice o fluoruro de calcio que concentra la radiación del objeto caliente en una termopila formada por varios termopares de Pt-Pt/Rh, de pequeñas dimensiones y montados en serie. La radiación está enfocada, incidiendo directamente en las uniones calientes de los termopares. Su reducida masa les hace muy sensibles a pequeñas variaciones de la energía radiante y, además, muy resistentes a vibraciones o choques.

10. VELOCIDAD DE RESPUESTA A LOS INSTRUMENTOS DE TEMPERATURA

    • La constante de  empo de un instrumento es el  empo necesario para que alcance el 63,2% de la variación total de temperatura que experimenta. Es decir, si un instrumento cuya sonda o elemento primario pasa de un recinto de 70 °C a otro de 270 °C puede alcanzar el 63,2% de la diferencia, 270 - 70 = 200 °C, en 0,1 segundo; este  empo será la constante de  empo de la medida con el instrumento