MEDIDORES DE TEMPERATURA

DE LA CRUZ PIMENTEL SANDRA DEL CARMEN

OSORIO GUTIERREZ KARINA

PÉREZ HERNÁNDEZ BRENDA BERENICE

INTRODUCCIÓN • 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 físicos están afectados por ella. La temperatura se utiliza, frecuentemente, para inferir el valor de otras variables del proceso.

• Existen diversos fenómenos que son influidos por la temperatura y que son utilizados para medirla:

a) Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos (sólidos, líquidos o gases).

b) b) Variación de resistencia de un conductor (sondas de resistencia).

c) Variación de resistencia de un semiconductor (termistores).

d) La f.e.m. creada en la unión de dos metales distintos (termopares).

e) Intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo (pirómetros de radiación).

f) Otros fenómenos utilizados en laboratorio (velocidad del sonido en un gas, frecuencia de resonancia de un cristal, etc.).

De este modo, se emplean los siguientes instrumentos: termómetros de vidrio, termómetros bimetálicos, elementos primarios de bulbo y capilar rellenos de líquido, gas o vapor, termómetros de resistencia, termopares, pirómetros de radiación, termómetros ultrasónicos y termómetros de cristal de cuarzo.

TERMÓMETRO DE VIDRIO

• El termómetro 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.

• Los márgenes de trabajo de los fluidos empleados son:

Mercurio -35 °C hasta +280 °C

Mercurio (tubo capilar lleno de gas) -35 °C hasta +450 °C

Pentano -200 °C hasta +20 °C

Alcohol -110 °C hasta +50 °C

Tolueno -70 °C hasta +100 °C

TERMÓMETRO BIMETÁLICO

• Los termómetros bimetálicos 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. Las láminas bimetálicas pueden ser rectas o curvas, formando espirales o hélices ( figura 6.3).

• La relación entre el ángulo de torsión de la lámina bimetálica y la temperatura viene expresada por:

con: a = coeficiente de expansión térmica

l = longitud de la lámina bimetálica

s = espesor de la lámina bimetálica

• Un termómetro bimetálico típico contiene pocas parte móviles, sólo la aguja indicadora sujeta al extremo libre de la espiral o hélice y el propio elemento bimetálico. El eje y el elemento están sostenidos con cojinetes, y el conjunto está construido con precisión para evitar rozamientos. No hay engranajes que exijan un mantenimiento. El uso de termómetros bimetálicos es admisible para servicio continuo de 0 °C a 400 °C. Para indicación local se usan, preferiblemente, los termómetros bimetálicos de esfera orientable. De este modo, el operario puede leer la temperatura a distancia desde niveles distintos, al de la instalación. La exactitud del instrumento es de ± 1% y su campo de medida es de -200 °C a +500 °C.

TERMÓMETROS DE BULBO O CAPILAR

• Los termómetros tipo 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. Hay cuatro clases de este tipo de termómetros:

• Clase I. Termómetros actuados por líquido

• Clase II. Termómetros actuados por vapor

• Clase III. Termómetros actuados por gas

• Clase IV. Termómetros actuados por mercurio

• Los termómetros actuados por líquido (clase I) tienen el sistema de medición lleno de líquido y, como su dilatación es proporcional a la temperatura, la escala de medición resulta uniforme. Con capilares cortos de hasta 5 m, y para evitar errores debidos a variaciones de la temperatura ambiente, sólo hay que compensar el elemento de medición (figura 6.4a). En capilares más largos, hay que compensar también el volumen del tubo capilar (figura 6.4b). La presión dentro del bulbo y el tubo capilar debe ser mayor que la presión de vapor del líquido para evitar la formación de burbujas de vapor. Se utiliza como liquido un hidrocarburo inerte, el xileno (C8H10) y otros líquidos. El campo de medición de temperaturas varía entre -75 °C y 300 °C, dependiendo del tipo de líquido que se emplee.

• Los termómetros actuados por vapor (clase II) (figura 6.5) se basan en el principio de presión de vapor. Contienen un líquido volátil cuya interface se encuentra en el bulbo. Al subir la temperatura aumenta la presión de vapor del líquido. La escala de medición no es uniforme, sino que las distancias entre divisiones van aumentando hacia la parte más alta de la escala, donde hay mayor sensibilidad. La presión en el sistema solamente depende de la temperatura en el bulbo, por lo que no hay necesidad de compensar la temperatura cambie Dependiendo de la temperatura, los líquidos que se utilizan son cloruro de metilo, anhídrido sulfuroso, butano, propano, hexano, éter metílico, cloruro de etilo, éter etílico, alcohol etílico y cloro benceno. La velocidad de respuesta es de 1 a 10 segundos. El campo de medición de temperaturas varía entre -40 °C y 300 °C, dependiendo del tipo de líquido que se emplee.

TERMÓMETRO 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 no 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. La relación entre estos factores puede verse en la siguiente expresión lineal:

en la que: R0 =resistencia en ohmios a 0 °C

Rt = resistencia en ohmios a t °C

= coeficiente de temperatura de la resistencia cuyo valor entre 0 °C y 100 °C es de 0,003850 / (/ °C) en la Escala Práctica de Temperaturas Internacional (IPTS-68