MEDICION DE TEMPERATURA

Profesor: Miguel Villalobos

DIFERENCIAS

La temperatura y el calor.

Por lo pronto diremos que la temperatura y el calor son dos tipos de energa distintos:

La temperatura est asociada a la energa cintica molecular de un cuerpo.

El calor es la energa que se transfiere de un cuerpo a otro.

La temperatura es una propiedad de la materia, el calor es una forma de transferencia de energa.

CONCEPTOS

El concepto de temperatura, al igual que la longitud, la masa, y el tiempo, es una unidad fundamental que nos permite describir numerosos fenmenos que ocurren en la materia.

Para eso, es necesario aislar una parte de Universo por medio de una frontera bien definida, a la cual llamamos sistema termodinmico.

CONCEPTOS

Cualquier magnitud que cambia con la temperatura es una propiedad termomtrica.

Por ejemplo, la altura, la longitud de los metales, la columna de mercurio, el volumen de los gases, la resistencia elctrica de un metal, el color de un metal muy caliente. A cada una de estas propiedades se les llama coordenadas de estado del sistema y son utilizadas en la construccin de aparatos que sirven para medir la temperatura: los termmetros o sensores de temperatura.

Tipos de termmetros

Existen varios tipos de termmetros: el ms comn es aquel que consiste en un tubo capilar cerrado con un bulbo en la parte inferior lleno de un lquido que puede ser mercurio o alcohol coloreado, el cual sube por el capilar al aumentar su temperatura.

Tambin existen los termmetros de gas a volumen constante, cuyo funcionamiento se basa en medir la presin del gas con un manmetro, aumentando este si el gas se calienta o disminuyendo si el gas se enfra.

Tipos de termmetros

Tambin existen los termmetros bimetlicos, que consta de una espiral formada por dos no metales, uno de los cuales se dilata ms que el otro, ocasionando que la espiral se curve al calentarse y provoque un giro en la aguja que indica la temperatura. Los termostatos en los hornos y aparatos calefactores utilizan este tipo de espiras bimetlicas.

Tipos de termometros

Tambin existen los llamados pirmetros pticos, que tienen un foco conectado a un circuito, donde el observador compara a travs de un tubo el color del filamento del foco con el color del horno; cuando ambos colores son iguales se lee la temperatura en una escala. Este termmetro se usa para medir temperaturas muy altas; por ejemplo en una fundidora de metales.

Consideraciones

En general la medicin de temperatura tendr mayor precisin en tanto, la interaccin entre el sensor y el producto o entorno a medir se aproxime a un proceso adiabtico, en el periodo previo al equilibrio trmico.

La influencia del entorno o medio ambiente no afecta el cumplimiento de la primera ley de la termodinmica.

Sensores de temperatura tipo cable. Es un sensor de temperatura para trabajos pesados que puede

utilizarse para controlar la temperatura del agua de refrigeracin y de los equipos de ventilacin en instalaciones generales industriales y marinas. Este sensor de temperatura se basa en el elemento Pt100 o Pt1000 normalizado que permite una medicin fiable y precisa. Este sensor presenta una carcasa de acero inoxidable con un cable que hace al sensor extremadamente flexible. Puede combinarse con una vaina de sensor para proteger el cable de silicona de los distintos medios.

Rango de temperatura de -50 a +200C Elemento de resistencia Pt100 o Pt1000 Conexin de 2 4 cables

Sensores de temperatura tipo cable

Sensores de temperatura tipo cable

Sensores de temperatura por sonda

Las sondas de temperatura, pueden ser usado en casi todas las aplicaciones industriales, como pueden ser: Compresores de aire, Hidrulica mvil y Sistemas de retorno de gases de escape.

En otras palabras, todas las aplicaciones donde la robustez, el tamao y el rendimiento sean caractersticas esenciales.

El sensor puede equiparse con diferentes elementos de medicin y est disponible con diferentes conexiones elctricas (Cable, Conector alemn DT04, Conector Delphi Metri Pack, Conector AMP).R

Es recomendable una construccin robusta, para tener alta proteccin frente a humedad

El elemento sensor fijo Latn o acero inoxidable acepta rangos de temperatura hasta 300C.

Sensores de temperatura por sonda

Sensores de temperatura con transmisor incorporado

Son una combinacin de tecnologa de sensores de temperatura estndar con un sistema electrnico recin desarrollado, lo que ha dado lugar a un sensor de temperatura compacto con un transmisor integrado.

Est diseado para utilizarse en entornos industriales de condiciones adversas donde se requiere un equipo robusto y preciso.

Usualmente disponible con una seleccin de conexiones de proceso y elctricas.

Puede suministrarse con una extensin de 33 mm que permite medir temperaturas de hasta 200 C sin daar el sistema electrnico integrado.

Tienen un diseo compacto y los materiales de fabricacin son de carcasa de acero inoxidable resistente a los cidos (AISI 316L)

Con un rango de temperatura de -50 C a +200C Elemento de resistencia Pt 1000 Seales de salida: de 4 a 20 mA o

proporcional Tubo de proteccin: 8 mm de dimetro Varias longitudes de insercin: 50 mm - 250 mm

Sensores de temperatura con transmisor incorporado

Sensores de temperatura para gases de escape

Este tipo de sensor preciso y duradero puede ser utilizado en sistemas de escape tanto en motores diesel de compresin como en motores diesel para vehculos incluyendo construccin, maquinaria pesada, minera y vehculos para la agricultura, as como tambin para aplicaciones en la marina, locomotoras o generadores.

Contiene un conjunto electrnico con un conector integrado que es capaz de emitir seales analgicas o digitales. Al combinar el sensor y la electrnica proporciona una seal compatible con el mdulo de control del motor (conocido como ECM).

Para la fabricacin se utilizan materiales que no son estndares y que han sido seleccionados basndose en su estabilidad, durabilidad y longevidad en altas temperaturas. Su precisin aproximada es de 8C (14.4F) desde -40 a 1000C (-104 a 1832F).

Sensores de temperatura para gases de escape

Sensores de temperatura multipunto

El sensor multipunto mide la temperatura desde uno hasta catorce (segn el fabricante) elementos PT-100 colocados en diferentes geometras o alturas, con el propsito de indicar un perfil de temperatura y la temperatura media. Segn la cantidad de PT-100 se debe incorporar una unidad de adquisicin de datos.

Estos sensores de temperatura se utilizan a menudo para la medicin de temperatura y volumen en tanques de petrleo u otro hidrocarburo.

Sensores de temperatura multipunto

Sensores de temperatura ambiente

El sensor de temperatura ambiental est preparado para rangos acotados de medicin.

La carcasa del sensor de temperatura ambiental es usualmente de poliamida. La armadura protectora donde se encuentra el sensor Pt100 es normalmente de acero inoxidable.

El rango de medicin es de -50 a +130 C. Gracias a sus escasas dimensiones es posible montar el sensor de temperatura ambiental en casi cualquier lugar.

Los campos de aplicacin abarcan desde el control en cmaras frigorficas hasta el control en exteriores, si es que el sensor de temperatura tiene proteccin IP69.

Sensores de temperatura ambiente

Transmisores de temperatura

Los transmisores de temperatura anlogos convierten las seales de minivoltios de las termocuplas o las seales de resistencias PT100 (100 ohm RDT) en una seal de corriente de dos hilos de 40-20mA. Esta conversin virtualmente elimina la interferencia del ruido de lnea y permite la transmisin de seales a larga distancia, utilizando cable estndar. Se elimina la necesidad, en operaciones de largo alcance, del cable de termocupla que es costoso o cable de extensin.

Transmisores de temperatura

Los transmisores de temperatura digitales inteligentes, convierten las seales de minivoltios de la termocupula o las seales de la resistencia PT100 (100 Ohm RDT) en seal de corriente de 4-20 mA de 2 o 4 hilos y la interfase de la computadora RS-232-C. Eventualmente ofrecen aislamiento galvnico completo, automonitoreo continuo de todas las funciones y aislamiento automtico para temperatura y flujos a largo trminos en la seal de temperatura. El transmisor de temperatura esta diseado para operacin confiable en medios industriales muy difciles. Los parmetros funcionales se pueden cambiar conectando la unidad a un PC compatible, con puerto de comunicaciones seriales RS-232 por medio del cable y el software disponible.

Transmisores de temperatura

TERMOPOZO

El Termopozo es una piezas metlicas utilizada en la proteccin de sensores de temperatura, ya sean termopares, RTDs y/o sensores bimetlicos.

Su funcin es proteger a los sensores de condiciones o ambientes que podran resultar altamente agresivos que reducen la vida til de ellos.

Adems, los termopozos son ampliamente utilizados para facilitar la tarea de reemplazar un sensor ya que nos permiten hacerlo sin la necesidad de detener un proceso, nicamente desmontamos el termopar y lo intercambiamos por uno nuevo.

TERMOPOZO

La conexin entre un termopozo y un proceso se puede hacer considerando que los termopozos cuentan con conexiones roscadas o bridadas de tal forma que se acoplan fcilmente a los procesos.

Cabe mencionar que los termopozos pueden ser fabricados en diversos materiales incluidos el acero inoxidable, acero al carbn, etctera

Los termopozos en Acero Inoxidable son los mas comunes. El Acero Inoxidable utilizado en la fabricacin de los termopozos puede cumplir con caractersticas especficas requeridas por ciertas industrias, en particular la farmacutica y la alimenticia, donde el requerimiento es forzosamente Acero Inoxidable ANSI 316.

TERMOPOZO

Es recomendable utilizar termopozos en cualquiera de las siguientes condiciones

Impactos sobre el sensor

Abrasin

Altas presiones

Ambientes con alto contenido cido

Ambientes con alto contenido de sulfuro

Procesos continuos ininterrumpidos

TERMOPOZO

TERMOSTATO

El termostato es un componente que forma parte de un sistema de control, que abre o cierra un circuito elctrico de mando en funcin de la temperatura, segn parmetros establecidos.

Su forma constructiva ms simple consiste en una o dos lmina(s) metlica(s) como la que utilizan los equipos de acondicionamiento de aire para encender o apagar el compresor.

Otro ejemplo lo podemos encontrar en los motores de combustin interna, donde controlan el flujo del lquido refrigerante que regresa al radiador dependiendo de la temperatura del motor.

TERMOSTATO

TERMOSTATO BIMETALICO

Los termostatos bimetlicos emplean una tira especial de metal para abrir o cerrar un circuito segn la temperatura. La tira est formada por dos metales unidos, cada uno con un coeficiente de dilatacin trmico distinto. El termostato est dispuesto de forma que, al calentarse la tira, sta se curva (hacia el metal con menor coeficiente de dilatacin) y desconecta el circuito.

TERMOSTATO

TERMOSTATO BIMETALICO

TERMISTOR

Los Termistores son resistores /resistencias trmicamente sensibles. Existen dos categorias de termistores clasificados segn la variacin

de la resistencia/coeficiente de temperatura, pueden ser negativos (NTC) o positivos (PTC).

Son fabricados a partir de los xidos de metales de transicin (manganeso, cobalto, cobre y nquel) lostermistores NTC son semiconductores dependientes de la temperatura. Operan en un rango de -200 C a + 1000 C. Un termistor NTC debe elegirse cuando es necesario un cambio continuo de la resistencia en una amplia gama de temperaturas. Ofrecen estabilidad mecnica, trmica y elctrica, junto con un alto grado de sensibilidad.

La excelente combinacin de precio y el rendimiento ha dado lugar a una amplia utilizacin de los termistores NTCs en aplicaciones tales como medicin y control de temperatura, compensacin de temperatura y medicin del flujo de fluidos.

TERMISTOR

Un termistor PTC es un resistor que depende de la temperatura, son fabricacin de titanato de bario y deben elegirse cuando se requiere un cambio drstico en la resistencia a una temperatura especfica o nivel de corriente. Los termistores PTCs puede operar en los siguientes modos:

Sensores de temperatura, en temperaturas que oscilan entre 60 C a 180 C, por ejemplo, para proteccin de los bobinados de motores elctricos y transformadores.

Fusible de estado slido de proteccin contra el exceso de corriente, que van desde mA a varios A (25 C ambiente) a niveles de tensin continua superior a 600V, por ejemplo, fuentes de alimentacin para una amplia gama de equipos elctricos.

Sensor de nivel de lquidos. A continuacin les dejo un vdeo que encontr (no soy el autor) donde se

da una explicacin, muy similar a la expuesta, sobre los termistores. Adems explica el circuito bsico para medir temperatura a travs del sensado de voltaje.