M. en C. Teth Azrael Cortés Aguilar

Instrumentos de Medida de Temperatura

Fundamentalmente, la temperatura es una propiedad que poseen los sistemas físicos a nivel macroscópico, la cualtiene una causa a nivel microscópico, que es la energía promedio por partícula. Físicamente es una magnitud escalarrelacionada con la energía interna de un sistema termodinámico. Más específicamente, está relacionadadirectamente con la parte de la energía interna conocida como "energía sensible", que es la energía asociada a losmovimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. Amedida que es mayor la energía sensible de un sistema se observa que esta más "caliente" es decir, que sutemperatura es mayor. En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de laspartículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientostraslacionales de sus partículas. Al contrario de otras cantidades termodinámicas como el calor o la entropía, cuyasdefiniciones microscópicas son válidas muy lejos del equilibrio térmico, la temperatura sólo puede ser medida en elequilibrio, precisamente porque se define como un promedio.

273.15

Instrumentos de Temperatura

Vidrio BimetálicoBulbo y Capilar

RTD Termistores TermoparesPirómetros

de Radiación

Óptico

Infrarrojo

Fotoeléctrico

Radiación total

Pirometríaláser

Termómetro de Vidrio. Consta de un depósito devidrio que contiene, por ejemplo mercurio, que alcalentarse se expande y sube en el tubo capilar.Mercurio -35 hasta +280°CPentano -200 hasta + 450°CAlcohol -110 hasta + 50°CTolueno -70 hasta +100°C

Termómetro Bimetálico. Se sustentan en distinto coeficientede dilatación de dos metales diferentes, tales como latón,monel o acero y una aleación de ferroníquel o invar laminadosconjuntamente. Las láminas pueden ser rectas o curvas,formado espirales o hélices. Su campo de medida es de -200hasta +500°C

Termómetro de Bulbo y Capilar. Consisten en un tuboconectado por un capilar a una espiral. Cuando latemperatura del bulbo cambia, el gas o el líquido en el bulbose expanden y la espiral tiende a desenrrollarse moviendo laaguja sobre la escala para indicar la elevación detemperatura. Su campo de medida es de -200°C hasta 600°

Termómetro de Resistencia, RTD. Consiste usualmente en un arrollamientode hilo muy fino del conductor adecuado bobinado entre capas de materialaislante y protegido con un revestimiento de vidrio o de cerámica. El materialque forma el conductor se caracteriza por el llamado coeficiente detemperatura de resistencia, que expresa a una temperatura especifica, lavariación de la resistencia en ohms del conductor por cada grado que cambiasu temperatura.

Rt es la resistencia en ohms a 0°C.R0 es la resistencia en ohms a t°C.α es el coeficiente de temperatura de la resistencia cuyo valor 0°C y 100°C esde 0.003850 Ω/Ω °C.

A = 3.90802x10-3

B = -5.802x10-7

C = -4.27350x10-12

Si la relación resistencia-temperatura no es lineal la ecuación general seexpresa por la siguiente ecuación, valida de 0°C hasta 850°C .

Los materiales utilizados para la construcción de RTDs son :

Platino α =0.00385 con un rango de -200°C hasta 950°CNíquel α =0.0063 con un rango de -150°C hasta 300°Ccobre α =0.00425 con un rango de -200°C hasta 120°C

Termistores. Son semiconductores electrónicos con un coeficiente detemperatura negativo NTC o positivo PTC, de valor elevado , por logeneral presentan variaciones rápidas y extremadamente grandes paracambios relativamente pequeños en la temperatura. Hay que señalarque para obtener una buena estabilidad en los termistores es necesarioenvejecerlos (porque modifiquen sus propiedades con el tiempo). Lamedición se realiza a través de conectarlos en un circuito de puente deWheatstone. El rango de medida puede ir de -100°C hasta 400°C.

Negative Temperature Coefficient (NTC)

Positive Temperature Coefficient of Resistance (PTC) , están construidos con compuestos cerámicos de BaTiO3

Rt es la resistencia en ohms a la temperatura absoluta Tt.R0 es la resistencia en ohms a la temperatura absoluta de referencia T0.β es la constante dentro de un intervalo de temperaturas.

Termopares. Se basa en el efecto de la circulación deuna corriente en un circuito formado por dos metalesdiferentes, cuyas uniones (unión de medida o caliente yunión de referencia o fría) se mantienen a distintatemperatura. Está circulación de corriente obedece ados efectos termoeléctricos combinados, el EFECTO

PELTIER que provoca la liberación o absorción de calor enla unión de dos metales distintos cuando una corrientecircula a través de la unión y el EFECTO THOMSON queconsiste en la liberación o absorción de calor cuandouna corriente circula a través de un metal homogéneoen el que existe un gradiente de temperatura.

Pirómetro Óptico. Se basan en la desaparición del filamentode una lámpara al compararlo visualmente con la imagen delobjeto enfocado. El pirómetro dirigido sobre una superficieincandescente no nos dará su temperatura verdadera si lasuperficie no absorbe todas las radiaciones y no reflejeninguna. Se aplican típicamente para la medición de metalesincandescente en hornos de fundición y miden temperaturasde hasta 4000°C.

Pirómetro Infrarrojo. Captan la radiación espectral del infrarrojo, invisible al ojohumano. Una lente filtra la radiación infrarroja emitida por el área del objetoexaminado y la concentra en un sensor de temperatura (termistor o termopar).Permite hacer mediciones a una distancia de 1.5 mts del objeto.Filtro de radiación de 8 μm hasta 14μm para valores menores a 538°CFiltro de radiación de 2.2 μm hasta 3.8μm para valores menores a 820°C

Los pirómetros de radiación se basan en la ley de Stefan-Boltzmann,que dice que la intensidad de energía radiante emitida por lasuperficie de un cuerpo aumenta proporcionalmente a la cuartapotencia de la temperatura absoluta del cuerpo.

Evaluación

1. Realice las siguientes conversiones:

500°C = °F = Kelvin2000°F = °C= kelvin

2. Instrumento que se fundamenta en los efectos Peltier y Thomson

a) Pirómetro b) Termopar c) Bimetálico d) Termistor

3. Instrumento que usa coeficientes de dilatación distintos para hacer la indicación de temperatura

a) Pirómetro b) Termopar c) Bimetálico d) Termistor

4. Instrumento que mide la intensidad de radiación electromagnética y la traduce en temperatura

a) Pirómetro b) Termopar c) Bimetálico d) Termistor

5. Elemento primario que se clasifica en NTC y PTC

a) Pirómetro b) Termopar c) Bimetálico d)Termistor

932 773.151093.3 1366.48

6. ¿Qué instrumento sugiere para medir el punto eutéctico de 183°C de una aleación estaño-plomo Sn-Pb?

Termopar