08 medición de temperaturas

7/23/2019 08 Medicin de Temperaturas

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AULA VIRTUAL

USANDO: PLATAFORMA EDUCATIVA MOODLE Y/OPLATAFORMA EDUCATIVA DOKEOS

(An no instalados n l s!"ido! d la UNI#

CURSO: LA$ORATORIO DE IN%& MEC'NICA I

EPERIENCIA ): MEDICI*N DE TEMPERATURAS

ING. OSWALDO MORALES TAQUIRI

+,,)


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MEDICI*N DE TEMPERATURAS

INFORMACI*N DE LOS INSTRUMENTOS USADOS

-.0 s La T12!at!a3

La temperatura es el grado de agitacin molecular de las sustancias que se manifiestacuando el material se dilata o comprime ,empricamente se entiende como el grado de caliente ofro que presenta un cuerpo de acuerdo a un patrn. Segn la teora molecular la temperatura,como magnitud, mide la energa cintica media de las molculas de una sustancia.

Segn la fsica estadstica la temperatura se define como sensibilidad de la energa a los

cambios de entropa a volumen constante.

Asignar un valor numrico a una temperatura plantea un problema importante. La mayorade las magnitudes fsicas suelen ser magnitudes extensivas a partir del patrn de la unidad se

pueden definir de forma sencilla mltiplos y submltiplos de ella!.

La temperatura, en cambio, pertenece al grupo de las llamadas variables intensivasmultiplicar o dividir por un nmero el valor de un temperatura no tiene significado fsicoalguno!.

"os encontramos entonces frente al dilema de qu instrumentos utili#ar para medir esta

variable de la materia. $xisten muc%os tipos de termmetros& de dilatacin de lquido como por e'emplo el famoso termmetro de mercurio de gas de volumen constante que por su precisin se utili#a para graduar otros

termmetros de resistencia que depende de la variacin de la resistencia a la temperatura termocupla que se basan en fenmeno termoelctrico y cubren el rango de temperaturas

que va desde ()** + a -)*** +.A continuacin describiremos los instrumentos que usaremos

TERM*METROS DE COLUMNA DE L4.UIDA %n!alidads:

ue /alileo a comien#os del siglo 0122 el precursor del termmetro de columna delquido, aunque l utili# aire como fluido termomtrico. 3urante los siguientes 4** a5os fueronevolucionando los lquidos de uso, primero agua y despus alco%ol. 6tro gran paso en suevolucin se dio al sellarlos y %acerlos independientes de la variacin de presin atmosfrica.7ero no fue %asta el siglo 01222 cuando a%ren%eit dise5 y construy un termmetro utili#andomercurio como fluido termomtrico. A partir de entonces la concepcin del termmetro decolumna de mercurio apenas %a variado, solamente en la utili#acin de fluidos que permitenalcan#ar temperaturas m8s altas y en las precisiones alcan#adas.

9n termmetro de columna de lquido consiste b8sicamente en una varilla de vidrio,%ueca en su interior, con un di8metro adecuado a su longitud, cerrada %ermticamente en la partesuperior, y con un bulbo en la parte inferior que contiene el lquido termomtrico. $l espacio


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interno del capilar desde el bulbo %asta el tope superior puede estar evacuado al vaco o lleno conun gas seco inerte.

La varilla est8 graduada en valores relativos a una escala de temperatura, y la indicacinde temperatura viene dada por la posicin del menisco formado por el lquido en el capilar.

TIPOS DE INMERSI*N

ada tipo de termmetro se fabrica para leer valores correctos a una determinadaprofundidad de inmersin, y as se dividen en termmetros de inmersin total, parcial o completa.

5 T!161t!os d In1!si6n Total& $ste tipo de termmetros est8n graduados por elfabricante para dar lecturas correctas cuando el bulbo y la parte de varilla que contiene ellquido termomtrico est8n totalmente inmersas en el medio isotermo. 7ese a su nombre, noes recomendable que est inmerso el segmento de la varilla por encima del menisco. $lcalentamiento de esta parte a altas temperaturas dara lugar a un aumento excesivo de la

presin del gas, produciendo lecturas errneas y en ocasiones da5os permanentes en el bulbo.+ T!161t!os d In1!si6n Pa!7ial& $n muc%as circunstancias el uso de termmetros deinmersin total es difcil o imposible. 7or ello se utili#an termmetros cuya escala est8dise5ada para dar lecturas correctas cuando se %allan sumergidos a una profundidadespecfica. "o es necesario reali#ar ningn tipo de correccin por columna emergente cuandose usan en las condiciones especificadas.

8 T!161t!os d In1!si6n Co12lta& 9n tercer tipo, y tambin el menos comn,corresponde a aquellos termmetros que est8n dise5ados para dar lecturas correctas cuandotodo l est8 inmerso en el medio termomtrico. La precisin de estos termmetros es inferiora la de los otros dos tipos, debido entre otros al %ec%o de no poder visuali#ar bien el menisco.

Termmetros de inmersin parcial total ! completa "de i#$%ierda a derec&a'

TERM*METRO DE VIDRIO

$ste se construye para inmersin total o parcial.


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T!161t!o d 9l9o o 7a2ila! 1tli7o&

Los termmetros tipo bulbo consisten esencialmente en un bulbo conectado por un capilar

a una espiral. uando la temperatura del bulbo cambia, el gas o el lquido en el bulbo seexpanden y el espiral tiende a desenrollarse moviendo la agu'a sobre la escala para indicar laelevacin de la temperatura en el bulbo.

$xisten cuatro clases&

4. :ermmetros actuados por lquidos.

). :ermmetros actuados por vapor.

;. :ermmetros actuados por gas.


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$l elemento sensor est8 conformado por la unin de dos metales diferentes y porconsiguiente cada uno tiene un coeficiente de dilatacin por efectos de temperatura diferente detal manera que las diferencias en unos son compensados en el otro= la unin de stos dosmateriales puede ser en toda su longitud o solamente por uno de sus extremos.

uando la unin se %ace en toda su longitud el elemento as conformado se enrosca enforma de resorte, uno de sus extremos va soldado a la cubierta que lo protege y el otro va unido

por medio de un eslabn a una pluma o puntero que se energi#a sobre una escala. Se conformanas los instrumentos indicadores. uando el bimet8lico se calienta tiende a desenrollarsetransmitiendo este movimiento por medio del eslabn a la pluma o puntero, stos medidores sonde una velocidad de respuesta r8pida, de muy buena precisin y de muy ba'o costo.

omo los puntos de unin entre& el puntero y el eslabn, el eslabn y el bimet8lico, elbimet8lico y la cubierta protectora son soldados= %acen que el instrumento sea desec%able en casode que una de stas soldaduras falle y el nico punto de a'uste que tiene es el de cero,despla#ando la banda ba'o el puntero.

uando la unin de los dos metales se reali#a solamente por uno de sus extremos, en losextremos libres se colocan unos topes que impiden una dilatacin lineal para que cuando el

bimet8lico se caliente su deformacin sea en forma de curva o de arco.

$sta forma de dilatacin permite accionar un micros>ic% o el despla#amiento de unapluma o puntero sobre una escala. $s apropiado para medir temperatura sobre superficies planas.


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TERM*METROS

(imet)licos

Angulo variable ( AA?@? :$L :9 ( Series AA ( B C /:

D lase 4 D angos desde (4** %asta ??* +.D 3i8metros de ;, < y ?EE.


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D onstruccin en A2S2 ;*


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Las mediciones de temperatura que utili#an termocuplas o termopares se basan en eldescubrimiento %ec%o por SeebecK en 4)4. $ste se puede resumir de la siguiente manera& unacorriente fluye en un circuito continuo de dos alambres de distintos metales, si las conexiones ouniones se encuentran a temperaturas distintas. La corriente ser8 proporcional a la diferencia detemperatura entre las dos uniones.

Lo anterior se puede representar segn el siguiente esquema en que la sonda termoelctricaacciona el galvanmetro aparato para fuer#as electromotrices!&

$n la pr8ctica, la soldadura de referencia permanece a temperatura ambiente, en generaldentro del mismo instrumento. omo usualmente el galvanmetro est8 a apreciable distanciaentre 4 y 4** metros! de la soldadura caliente y sera muy costoso prolongar metales de latermocupla %asta esas distancias, se intercala entre la termocupla y el galvanmetro un cablellamado cable de compensacin. $ste es de una aleacin especial que no forma termocupla conlos metales ni con los bornes del instrumento, no alterando pr8cticamente las indicaciones delgalvanmetro.

Lo anterior se puede representar segn el siguiente esquema&


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Si bien es cierto que cualquier par de metales forma una termocupla solo son algunos losque, por sus cualidades, relevantes, se usan en la pr8ctica. ada una de estas termocuplas ofrececurvas tpicas de $G. 1s. :emperatura. 7ara cada una de ellas se fabrican galvanmetrosespeciales, que generalmente est8n graduados directamente en grados de temperatura y m8sraramente en mili1olts m1!.

Las termocuplas tienen generalmente dimensiones de entre )* y 4** cm. y van aisladas,por e'emplo, con cuentas de cer8mica y protegidas por vainas cer8micas o met8licas. Los dosextremos libres de los alambres de la termocupla concluyen en una placa de cer8mica con dosterminales donde se fi'an y desde donde parte el cable compensado %asta el galvanmetro.

Ca!a7t!;sti7as d las T!1o72las

3istintos tipos de termocuplas& M, N, :, $.

$xisten distintas combinaciones de metales o calibraciones respectivas. Los cuatro tiposm8s tpicos son M, N, : y $. ada calibracin tiene distinto rango de temperatura y ambiente,aunque la temperatura m8xima vara con el di8metro del cable usado en la termocupla.

Oa que las termocuplas pueden medir amplios rangos de temperatura y son bastanteresistentes, son muy usadas en la industria. Los siguientes criterios pueden ser tiles para definirlos tipos de termocupla a utili#ar&

rango de temperatura que se desea cubrir. resistencia qumica de la termocupla. resistencia a vibraciones. requerimientos de instalacin compatibilidad con equipamiento existente!.

Las calibraciones m8s comunes son las siguientes&

#& !an?o: = +@, a 5,,,BC& 1i1a 1dida n 1V: @5 a ,,BC&

C!o1l=Al1l (K#& !an?o: @,, a 5+@,BC& 1i1a 1dida n 1V: 8+G a ),,BC&

Co9!=Constantan (T#& !an?o: = +@, a H,,BC& 1i1a 1dida n 1V: 88H a H,,BC.

C!o1l=Constantan (E#& !an?o: 8,, a 5,,,BC& 1i1a 1dida n 1V: 8,, a 5,,,BC.

A continuacin se representan curvas de relacin entre .$.G vs. temperatura de las termocuplasm8s usuales&


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ada tipo de termocupla exige un tipo de cable de compensacin, y es necesario respetar supolaridad para no anular el efecto de la termocupla.

Fa9!i7ants

:ermocuplas industriales

:ermocuplas para altas temperaturas

OMEGA - MDS116 Type J Thermocouple Benchtop Thermometer


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PROCEDIMIENTO DE LA$ORATORIO

4. Se coloca los termmetros en el aceite en forma correspondiente tanto los de inmersin totalcomo los de inmersin parcial.

). on el termostato graduamos la temperatura a la cual llegara el sistema se produce unaumento de temperatura!.


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;. $ncendemos el calibrador. $l calibrador tiene ; velocidades de calentamiento escogemos lamas r8pida.


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3 40.9 35 41 42

4 46.8 41 47 47.5

5 52.9 47.5 53 54

6 58.1 53 58 59

7 64.1 59 63.8 65

Ta19 +,B C Gedido con la :ermocupla!.O9s!"a7i6n:abe resaltar que la :ermocupla es de la Garca Neit%ley y es de "i r C "i Al

Condi7ions A19intals:7resin Baromtrica& @?< mmHg. :.B.S& FPQ R )*.?; Q .Humedad elativa& @? J. :.B.H& F


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O$SERVACIONES RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES

4. Se recomienda que una ve# el sistema %alla alcan#ado su temperatura m8xima se proceda atomar las lecturas, tratando de no demorarse demasiado en las lecturas, para as evitar elenfriamiento del sistema. abe resaltar adem8s que, para obtener una medida mas precisaen nuestros c8lculos, no todos los instrumentos tienes el mismo tiempo de respuesta, poreso es que no debe acelerarse muc%o la toma de medidas, sino que debemos esperar unminuto aproximadamente antes de tomar las medidas.

). 7ara el caso de la termocupla en caso no se encontrara en tablas, el valor de temperaturacorrespondiente, se puede interpolar entre ) valores cercanos al obtenido en el experimento.

;. :al como se observa en las graficas, anteriormente expuestas, el comportamiento de lascurvas es aproximadamente lineal. 3e las mismas se concluye que el :ermmetro de Bulbode 2nmersin :otal es el que mas se aproxima al comportamiento de la termocupla 7atrn!y por lo tanto es la m8s aproximada.


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. omo en la experiencia reali#ada se tomo de patrn a la termocupla antes de tomarcualquier medida debemos darnos cuenta que la temperatura en dic%o instrumento no varicon el tiempo. $s decir que dic%o valor se estabilice y que no este variando.


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ANEO

MEDICI*N DE TEMPERATURA Y FLU>O DE CALOR

5& PATRONES Y CALI$RACI*N

$l 2nternational Geasuring System Sistema 2nternacional de Gedidas! estableci est8ndares paraslo cuatro cantidades fundamentales& longitud, tiempo, masa y temperatura. Los est8ndares delas dem8s cantidades b8sicamente se derivan de stas. on anterioridad se anali#aron losest8ndares de longitud, tiempo y masa= a continuacin se considera el est8ndar de temperatura. $n

primer lugar se deber8 se5alar que la temperatura es fundamentalmente diferente en cuanto anaturale#a de la longitud, tiempo y masa. $s decir, si dos cuerpos de longitud se TcombinanT, lalongitud total es dos veces la original= lo mismo es cierto para dos rangos de tiempo o dos masas.Sin embargo, la combinacin de dos cuerpos a la misma temperatura da por resultadoexactamente la misma temperatura. 7or lo tanto, la idea de una unidad de masa, longitud o tiempoest8ndar que pueda ser dividida o multiplicada de forma indefinida para generar cualquiermagnitud arbitraria de estas cantidades no puede ser adecuada al concepto de temperatura.Adem8s, aun cuando la mec8nica estadstica relaciona la temperatura con las energas cinticasmedias de las molculas, estas energas cinticas las cuales dependen slo de est8ndares demasa, longitud y tiempo en cuanto a su descripcin! no son mensurables por el momento. As

pues, se requiere un est8ndar de temperatura independiente.

$l significado fundamental de temperatura, como el de todos los conceptos b8sicos de fsica, noes f8cil de explicar. 7ara la mayora de los propsitos, la ley cero de la termodin8mica da unconcepto til. 7ara decir que dos cuerpos tienen la misma temperatura, stos deben estar en

equilibrio trmico= es decir, cuando la comunicacin trmica entre ellos es posible, no cambianlas coordenadas trmicas de uno u otro. La ley cero establece que cuando dos cuerpos est8n enequilibrio trmico con un tercero, est8n en equilibrio trmico entre s. $ntonces, por definicin,todos los cuerpos est8n a la misma temperatura. 7or lo tanto, se puede fi'ar un medio reproduciblede establecer un intervalo de temperaturas, las temperaturas desconocidas de otros cuerpos se

pueden comparar con el est8ndar exponiendo cualquier tipo de TtermmetroT sucesivamente alest8ndar y las temperaturas desconocidas y permitiendo que ocurra el equilibrio en cada caso.$sto es, el termmetro se calibra contra el est8ndar y posteriormente puede ser utili#ado para leerlas temperaturas desconocidas.

Al elegir la forma de definir la escala de temperatura est8ndar, de un modo concebible se podra

emplear cualquiera de las muc%as propiedades fsicas de los materiales que varan de formareproducible con la temperatura. 7or e'emplo, la longitud de una barra de metal cambia con latemperatura. 7ara definir una escala de temperatura numricamente, se debe elegir unatemperatura de referencia y establecer una regla para definir la diferencia entre la referencia y lasdem8s temperaturas. Las mediciones de masa, longitud y tiempo no requieren una concordanciauniversal con un punto de referencia donde se supone que cada cantidad tiene un valor numrico

particular. 7or e'emplo, cada centmetro, en un metro es igual a cualquier otro centmetro.!

Supngase que se toma una barra de cobre de 4 m de largo, y que se coloca en un ba5o de agua%elada la cual se %a considerado como la fuente de temperatura de referencia, y se mide sulongitud. Ll8mese *+ a la temperatura del ba5o de agua %elada. A%ora se puede definir cualquier

regla que se desee para fi'ar el valor numrico que se asignar8 a todas las dem8s temperaturasba'as y altas. Supngase que se decide que cada *.*4 mm de expansin adicional corresponda a -4.*+ en la escala de temperatura y cada *.*4 mm de contraccin ?4(4.*+. Si el fenmeno de


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expansin fuera reproducible, seme'ante escala de temperatura, en principio, sera perfectamenteaceptable en tanto que todo mundo se ad%iriera a ella. USera correcto decir que cada grado detemperatura en esta escala es TigualT a cualquier otro gradoV $so depende de lo que se quieradecir por TigualT. Si TigualT significa que cada grado provoca la misma cantidad de expansin dela barra de cobre, entonces todos los grados son iguales. Si, en cambio, se considera la expansinde, por e'emplo, barras de %ierro, entonces cantidades iguales de expansin, en general, no seran

provocadas por un cambio de 4+ escala de cobre! de (F a (?+ como por un cambio de 4+ de 4** a4*4+. 6, supngase que la escala se basa en transferencia de calor por conduccin en plata, pore'emplo. Si una diferencia de temperatura de 4** a )**+ provoca una velocidad de transferenciade calor dada, User8 la misma velocidad provocada por una diferencia de temperatura de (?* a-?**V La respuesta, en general, es no.

La idea del planteamiento anterior es que, mientras que la escala de temperatura arbitrariamentedefinida, en principio, es tan buena como cualquier otra escala seme'ante basada en las

propiedades de material, sus graduaciones no tienen una importancia particular con respecto a lasleyes fsicas aparte de la utili#ada en la definicin. Se mide la temperatura por alguna razn, talcomo calcular la expansin trmica, la velocidad de transferencia de calor, la conductividadelctrica, la presin de gas, etc. Las formas de las ecuaciones para reali#ar seme'antes c8lculosdependen de la naturale#a del est8ndar utili#ado para definir la temperatura. 9na escala detemperatura que da una forma simple a las ecuaciones para expansin trmica puede dar formascomple'as a otras relaciones fsicas que implican temperatura. omo esta dificultad es comn atodos los est8ndares basados en las propiedades de una sustancia particular, es deseable unaforma de definir una escala de temperatura independiente de cualquier sustancia.La escala de temperatura termodin8mica propuesta por Lord Nelvin en 4


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modelo matem8tico, no una sustancia real, y, por consiguiente, los termmetros de gas antesdescritos en realidad no pueden ser construidos y operados.7ara obtener una escala de temperatura fsicamente reali#able, se deben utili#ar gases reales enlos termmetros de gas= las lecturas deben ser corregidas tan bien como sea posible, en cuanto adesviaciones del comportamiento de gas ideal y luego los valores resultantes se aceptan comodefinicin de la escala de temperatura. Las correcciones por comportamiento de gas no ideal se

obtienen para un termmetro de gas a volumen constante como sigue& $l termmetro se llena conuna cierta masa de gas, y se agrega mercurio %asta que se alcan#a el volumen deseado vase lafigura .4!. Supngase que esto se %ace con el sistema a la temperatura de punto de congelacin.Se mide la presin de gas= ll8mesePi1.$ntonces, el sistema se lleva a la temperatura de punto devapor, lo que provoca la expansin del volumen. Si se agrega m8s mercurio, sin embargo, elvolumen puede ser regresado al valor original. La presin a%ora ser8 m8s alta= la llamamos Ps1.7ara un gas ideal, la relacin de las temperaturas de punto de vapor y punto de congelacintambin sera dada por la relacin de presiones Ps1/Pi1. Si se repite este experimento pero seutili#a una masa de gas diferente, se obtiene por lo tanto presiones diferentes de punto decongelacin y punto de vapor Pi2 y Ps2, se encuentra que Ps1/Pi1 Y Ps2/Pi2. Xsta es unamanifestacin del comportamiento no ideal del gas= un gas ideal tendraPs1/Pi1WPs2/Pi2.

Los gases reales se aproximan al comportamiento de gas ideal si su presin se reduce a cero= porlo tanto, se repite el experimento anterior con masas de gas sucesivamente m8s peque5as, y segenera la curvaA de la figura 8.lb. 7uesto que no se puede utili#ar una masa de gas cero, el puntode presin cero en esta curva debe ser obtenido por extrapolacin. $ste punto de presin cero seconsidera como el valor verdadero de la relacin de presin que corresponde a la relacin detemperaturas de punto de vaporZpunto de congelacin. Si se repite este experimento con gasesdiferentes !, "en la figura 8.1b#, todas las curvas se cortan en el mismo punto, lo que demuestraque el procedimiento es independiente del tipo de gas utili#ado. Los resultados reales dan el valornumrico Ps/Pi W 4.;FF*P I *.****


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las lecturas del termmetro en cualquier punto dentro del subintervalo dado. Se emplea unprocedimiento similar entre F;*.@< y 4 *F


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La cantidad$t/$Ause cuantifica con el pirmetro y es la relacin de la radiancia espectral de uncuerpo negro a la temperatura t con una a la temperatura tAu. omo [ se determina para un

pirmetro dado, la ecuacin .4! permite calcular t una ve# que se %a medido$t/$Au. $n principio,este mtodo puede ser aplicado a temperaturas arbitrariamente altas, pero en la pr8ctica seconocen pocos resultados confiables por encima de


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ebullicin de sustancias est8ndar, o comparando sus lecturas con las de algn sensor detemperatura m8s preciso est8ndar secundario!, el cual ya fue calibrado. Lo ltimo se logra, engeneral, colocando los dos dispositivos en contacto trmico ntimo en un ba5o controlado atemperatura constante. 1ariando la temperatura del ba5o en el rango deseado permitiendo elequilibrio en cada punto!, se determinan las correcciones necesarias. uando se calibra un sensorcontra un est8ndar, es necesario someter a ambos a la misma temperatura. $sto se puede lograr

con un ba5o lquido, un ba5o de sal fundida temperaturas m8s altas! o un po#o seco. :odos stosincluyen sistemas de control de temperatura que permiten a'ustada, pero el sensor utili#ado en elsistema de control en general no es suficientemente preciso. 7or consiguiente, se inserta untermmetro est8ndar aparte a menudo un termmetro de resistencia de platino! en el ba5o, muycerca de la unidad a ser calibrada. La estabilidad en el tie%po del ba5o y la unifor%idad espacialson crticas puesto que determinan qu tan fielmente el est8ndar y la unidad sometida a pruebadetectan la misma temperatura. 1alores tpicos de ba5os lquidos de alta calidad sonaproximadamente de I*.**4 + para uniformidad y estabilidad de ;* min. a


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a#Estnda!s d t12!at!a&

In7!tid19!s n cali*racin N$S d inst!1ntos d 1di7i6n d t12!at!a

b#Fi?!a )&+

"onclusin#.


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+& MJTODOS DE EPANSI*N TJRMICA

1arios dispositivos detectores de temperatura importantes en la pr8ctica utili#an el fenmeno dela expansin trmica de un modo u otro. La expansin de slidos se emplea principalmente en

elementos bimet8licos utili#ando la expansin diferencial de tiras unidas de dos metales. Laexpansin de lquido a esencialmente presin constante se utili#a en los termmetros comunes delquido en cristal. La expansin restringida de lquidos, gases o vapores produce una elevacin dela presin, la cual es la base de los termmetros de presin.

T!161t!os 9i1tli7osSi dos tiras de los metalesA y! con diferentes coeficientes de expansin trmica &A' &!,pero ala misma temperatura ig. 8.(# se unen firmemente entre s, un cambio de temperatura provocauna expansin diferencial y la tira, si no est8 restringida, se deflexionar8 en un arco circularuniforme. $l an8lisis da la relacin&

.;!

$n la mayora de los casos pr8cticos, t!/tA \ 4 y n - 1/n \ ), y se obtiene&

.

La combinacin de esta ecuacin con relaciones de resistencia de materiales apropiadas permitecalcular las deflexiones de varios tipos de elementos en uso pr8ctico. La fuer#a desarrollada por

elementos completa o parcialmente restringidos, tambin puede ser calculada de este modo.esultados precisos requieren el uso de factores experimentalmente determinados, los cualesest8n disponibles con fabricantes de bimetales.omo en la pr8ctica no existen metales utili#ables con expansin trmica negativa, el elemento!en general se %ace de invar., un acero al nquel con coeficiente de expansin casi cero ]4.@ 0 4*(FinZ in. " )#*. 6riginalmente se empleaba latn, a%ora se utili#an varias aleaciones para la tira dealta expansin, segn las caractersticas mec8nicas y elctricas requeridas. Los detalles de losmateriales y los procesos de unin, en algunos casos, son considerados como secretos

profesionales. Se %a desarrollado una amplia variedad de configuraciones para satisfacer losrequerimientos de aplicacin ig. 8.( b#.Los dispositivos bimet8licos se utili#an para medir temperatura, y muy a menudo como

elementos combinados de deteccin y control en sistemas de control de temperatura, sobre tododel tipo encendido(apagado. :ambin se utili#an como interruptores de corte por sobrecarga enaparatos elctricos y %acen que se abra un interruptor cuando fluye corriente excesiva. G8s


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aplicaciones se encuentran como dispositivos compensadores de temperatura 4@en variosinstrumentos que tienen la temperatura como entrada modificadora o interferente. $l movimientomec8nico proporcional a la temperatura se emplea para generar un efecto de compensacinopuesto. La precisin de los elementos bimet8licos vara muc%o, segn los requerimientos de laaplicacin. omo la mayora de las aplicaciones de control no son extremadamente crticas, losrequerimientos pueden ser satisfec%os con un dispositivo de costo un tanto ba'o. 7ara

aplicaciones m8s crticas, el desempe5o puede me'orar muc%o. $l rango de la temperatura detraba'o es aproximadamente de (4** a 4 *** Q . Se puede esperar una imprecisin del orden de*.? a 4J del rango de la escala en termmetros de alta calidad. Se %an combinado elementos

bimet8licos con potencimetros de pl8stico conductor en aplicaciones de deteccin automotrices.

b#

Fi?!a )&8Sensores bimet8licos.


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T!161t!os d l;ido n "id!io$l bien conocido termmetro de lquido en vidrio se adapta a una amplia diversidad deaplicaciones variando los materiales de construccin o configuracin. $l mercurio es el lquido

m8s comn utili#ado a temperaturas intermedias y altas= su punto de congelacin de (; Q limitasu rango inferior. $l lmite superior se encuentra en la regin de 4 *** Q y requiere el uso devidrios especiales y un relleno de gas inerte en el espacio capilar sobre el mercurio. Lacompresin del gas ayuda a evitar que se separe la %ebra de mercurio y eleva el punto deebullicin del lquido. 7ara ba'as temperaturas, se utili#a alco%ol a (*Q , toluol a (4;* Q ,

pentano a C ;;* Q y una me#cla de propano y propileno para un lmite inferior de C ;F* Q .Los termmetros comnmente se fabrican en dos tipos& inmersin total e inmersin parcial. Lostermmetros de inmersin total se calibran para que lean correctamente cuando la columna delquido est8 sumergida por completo en el fluido medido. omo esto puede oscurecerla lectura, se

permite que una peque5a parte de la columna sobre salga con poco error. Los termmetros deinmersin parcial se calibran para que lean de modo correcto cuando se sumergen a una cantidaddefinida y con la parte expuesta a una temperatura definida. Son in%erentemente menos precisosque los de inmersin total. Si la parte expuesta est8 a una temperatura diferente de la decalibracin, entonces se debe aplicar una correccin. Las correcciones para termmetros deinmersin total y parcial utili#ados en condiciones diferentes de las pensadas, se determinan conm8s precisin con un termmetro TdesvanecienteT especial, dise5ado para medir la temperatura

promedio del v8stago emergente. Si no se dispone de seme'ante termmetro, la correccin puedeser estimada suspendiendo un peque5o termmetro auxiliar cerca del v8stago del termmetro quese va a corregir, como en la figura .


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Fi?!a )&G:ermmetros de inmersin total y parcial.

T!161t!os d 2!si6nLos termmetros de presin consisten en un bulbo sensible, un tubo capilar interconector y undispositivo medidor de presin tal como un tubo Bourdon, un fuelle o diafragma ig. .?!.uando el sistema est8 completamente lleno de lquido mercurio y xileno son comunes! a una

presin inicial, la compresibilidad del lquido a menudo es suficientemente peque5a con respectoal medidor de presin ^-/ p, de modo que la medicin es en esencia una de cambio de volumen.$n sistemas de gas o vapor, lo inverso es cierto, y el efecto b8sico es uno de cambio de presin avolumen constante.

Se pueden utili#ar tubos capilares %asta de )** pies para mediciones remotas. Las variaciones detemperatura a lo largo del capilar y en el dispositivo detector de presin en general, requierencompensacin, excepto el tipo de presin de vapor, donde la presin depende slo de latemperatura en la superficie libre del lquido, locali#ada en el bulbo. 9n esquema decompensacin comn que utili#a un sensor de presin auxiliar y un capilar, se muestra en lafigura .F. $l movimiento del sistema de compensacin se debe slo a los efectos interferentes yse resta del movimiento total del sistema principal, lo que produce una salida dependiente slo dela temperatura del bulbo. $l capilar TreguladorT el cual puede ser alargado o acortado! permitecambiar el volumen para lograr la compensacin precisa del estuc%e mediante pruebasexperimentales. :ambin se utili#an elementos bimet8licos para obtener compensacin del

estuc%e y del capilar parcial.


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Los sistemas llenos de lquido cubren el rango de (4?* a @?*Q con xileno o un lquido similar, yde ( ; a 4 4**Q con mercurio. La respuesta es en esencia lineal en rangos %asta deaproximadamente ;**Q con xileno y de 4 ***Q con mercurio. Las diferencias de altura entre el

bulbo y el sensor de presin diferentes de aqullas en el momento de la calibracin, puedenprovocar errores leves. Los sistemas llenos de gas operan en el rango de (


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compacto sumergido en aceite %umectante de silicn produce una deflexin suficiente para elcontrol directo del indicador nada de engrana'es!. $st8n disponibles unidades con rangos de( ;)* a 4 )**Q .

Fi?!a )&HGtodos de compensacin.

TERMOPARES

Los termopares son los sensores de temperatura de m8s uso en el campo industrial.Los termopares est8n formados por dos conductores elctricos %ec%os de diferente

material y conectados en uno de sus extremos unin de medida!,Sus principales venta'as son&

Simplicidad obuste# Ba'o coste 7eque5o tama5o Amplio rango de temperatura entre ()@*Q y ;***Q !. Salida en tensin f8cilmente amplificable y legible

3ebido a todas estas venta'as se %acen muy adecuados para el control de procesosindustriales. $l tipo de lectura elctrica mediante multmetros digitales y su corto tiempo derespuesta permiten la monitori#acin en tiempo real de la temperatura de un determinado

proceso. La incorporacin masiva de tar'etas de adquisicin %ace que se registreninform8ticamente a un ba'o costo.

La medida de temperatura mediante termopares se basa en un efecto termoelctricodescubrimiento %ec%o por :%omas SeebecK en 4)4!, fenmeno asociado al flu'o simultaneo decalor y corriente elctrica por un conductor&Tuando dos %ilos de distintos materiales se unen en sus extremos, y uno de sus extremos escalentado, aparece una corriente continua que fluye en el circuito termoelctricoT.

Si este circuito se rompe en el centro, la tensin que aparece tensin SeebecK! es funcin

de la temperatura de la unin y de la composicin de ambos %ilos.


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7ara medir la tensin SeebecK de un termopar no se puede conectar ste directamente alvoltmetro, ya que al conectar los %ilos al sistema se crean circuitos termoelctricos adicionales.

9na forma de determinar la temperatura de la unin de medida es poner la unin dereferencia en un ba5o de %ielo.

Aunque un ba5o de %ielo es preciso, no siempre es pr8ctico. 9na aproximacin m8spr8ctica es medir la temperatura de referencia con un sensor de lectura directa, y restar la

contribucin de la tensin termoelctrica par8sita. $ste proceso se denomina compensacin de launin de referencia.

Hay dos tcnicas para implantar la unin de referencia& compensacin por %ard>are ycompensacin por soft>are. Ambas tcnicas requieren que la temperatura de la unin dereferencia sea medida con un sensor de lectura directa, como sensores semiconductores otermistores.

TERMISTORES

Al igual que las :7, los termistores son resistencias sensibles a la temperatura. Gientraslos termopares son los sensores m8s vers8tiles y las :7 los m8s estables, la palabra que me'ordescribe a los termistores es la sensibilidad.

Los termistores est8n normalmente compuestos por materiales semiconductores. Lamayora de los termistores tienen un coeficiente negativo de temperatura ":!, aunque tambinexisten con coeficiente positivo 7:!.

$l precio de esta gran sensibilidad es la falta de linealidad. Los termistores son elementosno lineales, cuyo comportamiento no est8 definido por normas Standard. 3ebido a ello, el rangode aplicacin de los termistores se limita a unos )**Q .

7ara medir la resistencia de los termistores no se presentan los problemas de las :7, yaque un valor tpico de resistencia a )?Q son ?*** o%ms, disminuyendo un


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Los t!1isto!sse emplean los que tengan coeficientes negativos de temperatura, es decir si latemperatura aumenta, el valor de la resistencia diminuye.

$n los sistemas de medicin de temperatura los termistores se emplean para compensar loscambios en el valor de la temperatura originados por cambios en el valor de resistencia debido ala circulacin de una corriente a travs de ella o por la temperatura ambiente.

Las PT=5,,W Son termoresistencias con platino y que a *Q tienen un valor de 4**o%mios= existen adem8s las 7:(?*, 7:()** y las 9(?*.

Las termoresistencias de caractersticas lineal tienen un comportamiento de acuerdo a la siguienteecuacin&

Wesistencia total a la temperatura TtT.


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t W :emperatura.

1alor de la resistencia a*Q .

oeficiente de temperatura segn el material.

TERMO=POOS

Son dispositivos que permiten al elemento censor de temperatura, sea instalado o retirado del

proceso sin necesidad de interrumpirlo. $st8n conformados por un tubo sellado en un extremo y

que en el otro presentan dos roscas, una externa para ser acoplado al proceso y otra interna para

fi'ar el elemento censor.


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$I$ILO%RAF4A

"ic%olas and %ite& :raceable :emperatures& An 2ntroduction to :emperature

Geasurements iley 4PP

:urner M. and Hill G. 2nstrumentation for $ngineers and Scientists. 6xford 4PPP!.

Benyon ., 3e Lucas M., $steban 7.& urso B8sico de Gedida de :emperatura 4PP

7ractical :emperature Geasurements, Application "ote )P*. He>lett 7acKard.

Geasuring :emperature >it% :%ermocouples( a :utoria, Application "ote *

08 medición de temperaturas

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