Universidad Veracruzana.Arte, Ciencia, Luz

Pirmetros ptico y de radiacin.

Luis Joel Barrientos Gonzlez.

Metrologa.

Coatzacoalcos, Veracruz, Mxico a 10 de septiembre del 2012.

Introduccin.Un pirmetro en un instrumento utilizado para medir, por medios elctricos, elevadas temperaturas por encima del alcance de los termmetros de mercurio. Este trmino abarca a los pirmetros pticos, de radiacin, de resistencia y termoelctricos. La palabra pirmetro se deriva de la palabra griegaPyros, que significa Fuego yMetronque significa Medida. La teora de los pirmetros se basa en el hecho de que todos los cuerpos arriba del cero absoluto de temperatura irradian energa, de lo cual parten para medir la temperatura de los cuerpos. La radiacin es un modo de propagacin de la energa a travs del vaco, de forma anloga a la luz.Nota: Nos vamos a centrar en los pirmetros de radiacin y en los pirmetros pticos.

Tipos de Pirmetros.

Existen 3 tipos de pirmetros: los de radiacin, los infrarrojos y los pticos. El primero acepta un muestreo controlado de la radiacin total y mediante determinacin del efecto calorfico del muestreo obtenido, un sensor trmico como una termopila (grupo de termopares conectados en serie) determina le medicin de temperatura. El pirmetro ptico usa el ojo humano como el medio de deteccin estimando el cambio en el ancho de banda de radiacin visual con temperatura. Finalmente el infrarrojo maneja un principio similar que al de radiacin total, solo que las mediciones se restringen al segmento infrarrojo. Ninguno de los 3 necesita contacto directo con el objeto a analizar ni una distancia particular. En este trabajo solo se hablar sobre los 2 primeros tipos, por radiacin y pticos.

Los pirmetros de radiacin se fundan en la ley de Stefan - Boltzman y se destinan a medir elevadas temperaturas, por encima de 1600 C mientras que los pirmetros pticos se fundan en la ley de distribucin de la radiacin trmica de Wien y con ellos se han definido puntos por encima de 1063 C en la Escala Internacional de Temperaturas. Las medidas piromtricas, exactas y cmodas, se amplan cada vez ms, incluso para temperaturas relativamente bajas (del orden de 800 C) La temperatura del acero al rojo se puede medir mediante un pirmetro de radiacin (el instrumento cilndrico con cables,. Se enfoca la radiacin trmica en un par trmico, donde se genera una corriente elctrica que se registra en un ampermetro graduado para medir en l directamente las temperaturas. Un poco de historia,..!

Pirmetros de Radiacin.

Principio fsico. Los pirmetros de radiacin se fundamentan en la ley de Stefan - Boltzman que dice que la energa radiante emitida por la superficie de un cuerpo negro aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerpo, es decir

W = s T4Donde:

W (potencia emitida) es el flujo radiante por unidad de rea, s es la constante de Stefan - Boltzman (cuyo valor es 5.67 10-8 W / m2 K4) y T es la temperatura en Kelvin.

Ejemplo Pirmetro de Radiacin.

Estructura de los pirmetros de radiacin.

Los pirmetros de radiacin para uso industrial, fueron introducidos hacia 1902 y desde entonces se han construido de diversas formas. El medio de enfocar la radiacin que le llega puede ser una lente o un espejo cncavo; el instrumento suele ser de "foco fijo" o ajustable en el foco, y el elemento sensible puede ser un simple par termoelctrico en aire o en bulbo de vaco o una pila termoelctrica de unin mltiple en aire. La fuerza electromotriz se mide con un milivoltmetro o con un potencimetro, con carcter indicador, indicador y registrador o indicador, registrador y regulador.

Tipo Espejo. En la FIGURA siguiente se presenta esquemticamente los rangos pticos de un pirmetro de radiacin moderno del tipo de espejo. La radiacin entra, desde una fuente, a travs de una ventana A de slice vtrea, es reflejada por el espejo esfrico B y llevada a un foco sobre el diafragma J, en el centro del cual hay una abertura C.

Tipo Lente.Este pirmetro est formado por una lente de pyrex, slice o fluoruro de calcio que concentra la radiacin del objeto caliente en una pila termoelctrica formada por varios termopares de Pt - Pt Rd de pequeas dimensiones y montados en serie. La radiacin est enfocada incidiendo directamente en las uniones caliente de los termopares. La f.e.m. que proporciona la pila termoelctrica depende de la diferencia de temperaturas entre la unin caliente (radiacin procedente del objeto enfocado) y la unin fro. Esta ltima coincide con la de la caja del pirmetro, es decir, con la temperatura ambiente. La compensacin de este se lleva a cabo mediante una resistencia de nquel conectada en paralelo con los bornes de conexin del pirmetro.Los tubos pueden ser metlicos o cermicos. Los primeros son de acero inoxidable o aleaciones metlicas resistentes al calor y a la corrosin y se emplean temperaturas que no superan generalmente los 1100 C. Permiten una respuesta ms rpida a los cambios de temperatura que los tubos cermicos. Los tubos cermicos se utilizan hasta 1650 C.

La figura muestra, de forma simplificada, la forma de operacin de un pirmetro de radiacin. La parte esencial del dispositivo consiste en una especie de lente de pirex slice o fluoruro de calcio que concentra la radiacin del objeto caliente en un termopila formada por varios termopares de pequeas dimensiones y montadas en serie. La radiacin est enfocada incidiendo directamente en las uniones calientes de los termopares. Su reducida masa los hace muy sensibles a pequeas variaciones de energa radiante y adems muy resistentes a vibraciones o choques. Diagrama Pirmetro de Radiacin.

Usos.

El pirmetro de radiacin se puede recomendar en lugar del termoelctrico en los casos siguientes: 1. donde un par termoelctrico sera envenenado por la atmsfera de horno2. para la medida de temperaturas de superficies3. para medir temperaturas de objetos que se muevan4. para medir temperaturas superiores a la amplitud de los pares termoelctricos formados por metales comunes5. donde las condiciones mecnicas, tales como vibraciones o choques acorten la vida de un par termoelctrico caliente6. cuando se requiere gran velocidad de respuesta a los cambios de temperatura. Este pirmetro reemplaza al pirmetro ptico cuando se desea registrar y vigilar las temperaturas superiores a 1600 C. Esta sustitucin requiere que la fuente sea lo suficientemente grande para llenar el campo del pirmetro de radiacin.

Pirmetros pticos.

El pirmetro ptico es un dispositivo que puede medir la temperatura de una sustancia o de un cuerpo sin estar en contacto con ella. El pirometro ms comn es el de absorcin-emisin, y se utiliza para determinar la temperatura de gases.Los pirmetros pticos se emplean para medir temperaturas de objetos slidos que superan los 700C. A esas temperaturas los objetos slidos irradian suficiente energa en la zona visible para permitir la medicin ptica a partir del llamado fenmeno del color de incandescencia. El color con el que brilla un objeto caliente vara con la temperatura desde el rojo oscuro al amarillo y llega casi al blanco a unos 1 300 C. Este tipo de pirmetros utilizan un mtodo de comparacin como base de operacin. En general, una temperatura de referencia es proporcionada en forma de un filamento de lmpara elctricamente calentada, y la medicin de temperatura es obtenida comparando de manera ptica la radiacin visual del filamento contra la de la fuente de calor a medir. En principio, la radiacin de una de las fuentes, como la ve el observador, es ajustada hasta coincidir con la radiacin de la otra fuente.

Ejemplo Pirmetro pticos.

Estructura Pirmetros pticos.El pirmetro consta de dos partes: un telescopio y una caja de control. El telescopio contiene un filtro para color rojo y una lmpara con un filamento calibrado, sobre el cual la lente del objetivo enfoca una imagen del cuerpo cuya temperatura se va a medir. Tambin contiene un interruptor para cerrar el circuito elctrico de la lmpara y una pantalla de absorcin para cambiar el intervalo del pirmetro.Este tipo de pirmetro ptico mide una temperatura que alcanza los 2.400 F, pero existen otros ms complejos que pueden alcanzar los 10.000 F (5.538 C) o ms. Tambin existe otro tipo de pirmetro, llamado termoelctrico, que funciona de forma satisfactoria hasta los 3.000 F (1.649 C).

Existen dos mtodos: 1) La corriente a travs del filamento es controlada elctricamente mediante un ajuste de resistencia, y 2) la radiacin aceptada por el pirmetro de la fuente desconocida es ajustada pticamente mediante algn aparato absorbente como un filtro polarizante. En ambos casos el ajuste es requerido para la lectura de la temperatura.La siguiente figura ilustra de forma esquemtica la estructura de un pirmetro de intensidad variable.

Diagrama Esquemtico de un pirmetro ptico

Pirmetros pticos Mtodos.

Usos Pirmetros pticos.

En uso, el pirmetro es puesto en direccin de la fuente u objeto a analizar a una distancia adecuada para que la lente del pirmetro enfoque la fuente en el plano del filamento. La ventanilla de enfoque es ajustada de tal forma que el filamento y la fuente aparezcan uno puesto sobre otro. La corriente medida en el indicador conectado a la lmpara y a la batera es usado para asignar la temperatura de la fuente.Un filtro rojo es generalmente usado para obtener aproximadamente condiciones monocromticas, y el filtro de absorcin es utilizado para que el filamento opere a una intensidad reducida y as prolongar su vida.

Lista de costos de Pirmetros.Pirmetro Controlador De Temperatura Programable Pid Dvn

$ 1,94500

Pirmetro Longacre De 0 A 1400 F.

$ 2,35000

Bibliografa.

Industrial Instrumentation Fundamentals, Fibrance, Austin E., Mc. Graw Hill Company, Nueva York, 1962.Instrumentation for Engineering Measurements, Dally, James W., John Wiley & Sons, Nueva York, 1984.Mechanical Measurement, Beckwith, Thomas G., Addison-Wesley Pub Co., 3a Edicin, 1982.Instrumentacin Industrial, Creus, Antonio, Publicaciones Marcombo, Mexico, 1981.http://www.sereetron.com/Medida%20temp%20en%20industria%20vidrio.pdfhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/negro/radiacion/radiacion.htm

Gracias.

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