Portada » Tecnología » Temperatura y su escala de medicion
Algunas propiedades físicas que varían con la temperatura son:
La longitud de una barra, el volumen de un líquido, la resistencia eléctrica de
un alambre, el color del filamento de una lámpara, etc. Todos estos cambios
son utilizados en la construcción de distintos tipos de medidores de
temperatura.
Termotria: Es la medición de temperaturas bajas y medianas.
Pirometria: Es la medición de temperaturas elevadas.
Las escalas usadas generalmente en la medición de temperatura son:
La escala
Centígrado o grado Celsius (ºC).
La escala Farenheit (ºF).
La escala Celsius o Centígrado origina 0º C al punto de congelamiento y 100
ºC al punto de ebullición del agua.
La escala Fahrenheit origina 0ºF a la más baja temperatura lograda con una
mezcla de una determinada sal y hielo, 32º F al punto de congelamiento y 212
ºF al punto de ebullición del agua.
TERMOMETRO DE DILATACION.
1.1.Termómetro de vidrio.
Termómetro de vidrio consta de un deposito de vidrio que contiene por
ejemplo, mercurio y que al calentarse se expande y sube en el tubo capilar.
Los márgenes de trabajo de los fluidos empleados son:
• Mercurio……………………………………………………………..(-)35 hasta (+)280°C
• Mercurio (tubo capilar lleno de gas)…………………..(-)35 hasta (+)450°C
• Pentano……………………………………………………………..(-)200 hasta (+) 20°C
• Alcohol……………………………………………………………….(-)110 hasta (+)50°C
• Tolueno……………………………………………………………….(-)70 hasta (+)100°C
La unción para cada componente es la siguiente:
a) Bulbo: corresponde a la parte sensible del sistema es decir aquella que
está en contacto directo con el medio cuya temperatura se mide.
b) Elemento de Presión: que puede ser un Bourdon, espiral o helicoide.
c) Capilar: Es un tubo metálico de diámetro interior muy pequeño que une
el bulbo con el elemento de presión. Este tubo capilar (1/8 de diámetro
exterior) se protege generalmente con envoltura metálica flexible o
plástica.
1.3. TERMÓMETRO DE BULBO Y CAPILAR.
Los termómetros tipo bulbos consisten en un bulbo conectado por un capilar
a una espiral. Cuando la temperatura del bulbo cambia , el gas o el liquido en
el bulbo se expanden y al espiara tiende a desenrollarse moviendo la aguja
sobre la escala para indicar la elevación de la temperatura en el bulbo.
Existen tres tipos de clases de termómetros:
Clase I: Termómetro actuados por liquido.
• Clase II: Termómetro actuados por vapor.
• Clase III: Termómetro actuados por gas.
• Clase IV: Termómetro actuados por mercurio.
Automatización
1.3.1. Los termómetros Actuados por líquido.
Tienen el sistema de medición lleno de líquidos y como su dilatación es
proporcional a la temperatura, la escala de medición resulta uniforme. El
volumen del líquido depende principalmente de la temperatura del bulbo, del
capilar y del elemento de medición (temperatura ambiente). Por lo tanto, en
termómetro capilar inferiores a 5 metros, solo hay que compensar el elemento
de medición para evitar errores debidos a variaciones de la temperatura
ambiente.
Para los capilares superiores a 5 metros de largo se tiene que compensar
también el volumen del tubo capilar. Los líquidos a utilizar son: Alcohol y éter.
El campo de medición de estos instrumentos varía entre los 150 hasta 500°C.
3.1.1 Características de termómetros actuados por líquido.
De alto torque.
Rápida respuesta a cambios bruscos de temperatura.
Buena precisión ± 0,5 % o ±10 %.
Escala con graduaciones uniformes.
Bulbo de pequeño volumen (poco diámetro y poca longitud.). Su
volumen está de acuerdo con la amplitud de la escala.
Amplitud mínima de escala es 25 ºC y la máxima 220ºC
Rangos límites: mínimo –184 ºC y máximo 316 ºC
Longitud tubo capilar:
Clase IA: máxima 31 metros (100 pies); mínima 4,5 metros (5 pies)
Clase IB: máxima 6 metros (20 pies); mínimo 0 metros (0 pies)
Límites de temperatura ambiental:
• a)caja del instrumento: mínimo –34,4 ºC y máximo 66 ºC
• Tubería capilar:
Automatización
Clase IA : mínimo = -73,3 ºC; máximo = 93 ºC
Clase IB: Mínimo = -34,4 ºC; máximo = 66 ºC
Es un sistema de precio alto (a causa del sistema de compensación).
• La protección de sobre rango puede llegar hasta un 140% de la escala.
Siempre que esta temperatura no sobrepase los 343 ºC.
• Estos sistemas, como todos los de bulbo lleno están llenos a presión. En el
caso de IA está presiones de 2000 psig.
3.3. Los termómetros actuados por gas.
Están completamente llenos de gas. Al subir la temperatura, la presión de gas
aumenta proporcionalmente y por lo tanto estos termómetros tienen escalares
lineales.
La presión en el sistema depende principalmente de la temperatura del bulbo,
pero también de la temperatura del tubo capilar y del elemento de medición,
siendo necesario compensar la temperatura del ambiente en el sistema de
medición.
3.4. Los termómetros actuados por mercurio.
Estos son similares a los termómetros actuados por liquido. Pueden tener
compensaciones en la caja y compensación total.
El termómetro industrial de mercurio está constituido por: Termómetro el que
está contenido en una caja metálica, una escala colocada detrás del tubo
superior del termómetro, un vidrio protector puesto delante. Estos instrumentos
cuando se instalan como corresponde dan lecturas con un error de ± 0,5 % de
la amplitud.
INTRUMENTO DE MEDICION DE EXPANSION O DILATACIÓN DE UN SÓLIDO.
Dentro de esta clasificación se incluye los medidores de temperatura
bimetálico y los de dilatación lineal tipo varilla.
Los instrumentos bimetálicos constan de dos láminas metálicas en distinto
coeficiente de dilatación, unidas entre sí en todo su largo para poder formar
generalmente, una espira plena.
1.4.1. FUNCIONAMIENTO DEL BIMETAL.
Al aumentar la temperatura, el bimetal se doble hacia el lado del material
que tiene el menor coeficiente de dilatación.
Existe una gran cantidad de sistemas termostáticos de seguridad, reguladores y
sistemas On – Off, con el uso del Bimetal como ejemplo:
La plancha automática.
1.4.2. SENSORES BIMETALICOS.
Se denomina bimetal a toda pieza formada por dos metales con distinta
coeficiente de dilatación térmica unidos firmemente, por ejemplo mediante
soldaduras autógenas y sometidos a la misma temperatura. Cuando se
produce un cambio de temperatura, la pieza se deforma formando un arco
circular uniforme.
Estos dispositivos se emplean en el margen desde –75ª hasta 540°C y
particularmente desde 0 hasta 300°C. Ser dispone en voladizo, espiral, hélice,
diafragma, etc. , y se mide la fuerza o el desplazamiento. También se emplean
directamente como actuadores para abrir o cerrar contactos;
Ejemplo:
• Termostatos
• Control on-off
• También sirven para protección térmica en interruptores térmicos de
circuitos Eléctricos.
En este ultimo caso la corriente se hace circular por el propio elemento, que
se calienta por efecto Joule hasta que alcanza una temperatura tal que se
ejerce una fuerza mecánica sobre un dispositivo que interrumpe el camino de
la corriente.
Una aplicación que no sea de medida es la compensación térmica en
dispositivos mecánicos sensibles a la temperatura y la detección de incendios.
En cualquier caso, su respuesta es lenta.
.2. SENSORES “PTC”.
Los sensores de coeficiente de temperatura positiva, varían su resistencia de
acuerdo aumenta la temperatura. Está principales por conductores metálicos.
Los principales metales utilizados son: el platino, níquel e iridio dopado con
silicona. El mayormente utilizado es el sensor resistivo de platino.
1.5.3. SENSORES “NTC”.
Están constituidos por ciertos metales óxidos cuya resistencia decrece con el
incremento de la temperatura. Estos son conocidos también como
«conductores calientes», debido a que estos deben alcanzar antes, una alta
temperatura para proporcionar una buena conductividad eléctrica.
Debido a la naturaleza de este proceso básico, el número de electrones en
conducción incrementa en forma exponencial con la temperatura.
Esta pronunciada no linealidad, es una desventaja de este tipo de sensores y
limita considerablemente su utilidad a un alcance por sobre los 50° C. Estos
sensores pueden ser lineales en algunas partes, y es la parte generalmente
utilizada. Debido a estas características, su campo de aplicación se ve limitado
solamente al monitoreo e indicación de temperaturas no mayores a 200° C y su
exactitud de unos pocos °C, son aceptables.
La variación de la resistencia con la temperatura
La conductividad eléctrica de un metal depende de la movilidad de los
electrones en conducción. Si un voltaje es aplicado a los terminales de un
metal los electrones se mueven al polo positivo.
Fugas en el cristal entrelazado interfiere con estos movimientos. Ellos incluyen
átomos externos o perdidos en la frontera, y átomos en posicionesentrelazadas.
Desde que esta fuga de posiciones son independientes de la temperatura, ellos
producen una resistencia constante. Con el ascenso de la temperatura, los
átomos entrelazados del metal presentan oscilaciones, incrementándose sobre
sus posiciones restantes y con esto impide el movimiento de electrones en
conducción. Para este caso hablamos de un coeficiente de temperatura
positivo (PTC).
2.1. TUBO VENTURI.
Este consta en sus extremos de dos entradas en las cuales existe una boquilla,
el fluido pasa por la boquilla, generalmente se hace de una sola pieza fundida
y tiene específicamente los siguientes elementos:
• Una sección aguas arriba, de igual diámetro que la tubería y provista de
un anillo de bronce con una serie de aberturas piezométricas para medir
la presión estática en esa sección.
• Una sección cónica convergente; una garganta cilíndrica provista
también de un anillo piezométrico de bronce.
• Una sección cónica con una divergencia gradual hasta alcanzar el
diámetro original de la tubería. Los anillos piezométricos se conectan a
uno y otro extremo, respectivamente, de un manómetro diferencial.
PLACA ORIFICIO.
La placa de orificio consiste en una placa perforada que se instala en la
tubería, el orificio que posee es una abertura cilíndrica o prismática a través de
la cual fluye el fluido. El orificio es normalizado, la característica de este borde
es que el chorro que éste genera no toca en su salida de nuevo la pared del
orificio. El caudal se puede determinar por medio de las lecturas de presión
diferenciales. Dos tomas conectadas en la parte anterior y posterior de la placa
captan esta presión diferencial.