CAPITULO 3.

MEDICION DE LA TEMPERATURA

18/04/2012

Ing. Litzy Gastel Herrera

3.1 Datos Generales Viscosidad del Petrleo

La unidad en el sistema cgs para la viscosidad

dinmica es el poise (p), cuyo nombre homenajea

a Jean Louis Marie Poiseuille. Se suele usar ms

su submltiplo el centipoise (cp). El centipoise es

ms usado debido a que el agua tiene una

viscosidad de 1,0020 cp a 20 C.

1 poise = 100 centipoise = 1 g/(cms) = 0,1 Pas.

1 centipoise = 1 LmPas.

La viscosidad de los crudos en el yacimiento

puede tener 0,2 hasta ms de 1.000 centipoise.

Efecto de la temperatura sobre la viscosidad:

el efecto de la temperatura sobre la viscosidad de

un lquido es notablemente diferente del efecto

sobre un gas; en el caso de los gases la

viscosidad aumenta con la temperatura, mientras

que en caso de los lquidos, esta disminuye

invariablemente de manera marcada al elevarse la

temperatura. Al aumentar la temperatura del crudo

se disminuye su viscosidad debido al incremento

de la velocidad de las molculas y, por ende, tanto

la disminucion de su fuerza de cohesin como

tambin la disminucin de la resistencia molecular

enterna al desplazamiento.

Efecto de la presin sobre la viscosidad:

el efecto de la presin mecnica aumenta la

viscosidad. Si el incremento de presin se

efecta por medios mecnicos, sin adicin

de gas, el aumento de presin resulta en un

aumento de la viscosidad.

Este comportamiento obedece a que est

disminuyendo la distancia entre molculas y,

en consecuencia, se est aumentando la

resistencia de las molculas a desplazarse.

Efecto de la densidad sobre la

viscosidad: Se define como el

cociente entre la masa de un cuerpo y

el volumen que ocupa. La densidad de

un cuerpo est relacionado con su

flotabilidad, una sustancia flotara sobre

otra si su densidad es menor. Mientras

ms denso sea el fluido, mayor ser su

viscosidad

3.2 Temperatura de un objeto

3.2.1 Temperatura

Puede decirse que los propios

sistemas poseen una propiedad

fsica que determina si stos se

encuentran en equilibrio trmico

entre s. Esta propiedad se

denomina temperatura.

3.2.2 Medida de Temperatura Las medidas de temperatura para su transmisin

remota se producen como consecuencia de una

serie de fenmenos que a continuacin

enumeramos:

Efecto Seebeck (Generacin de una f.e.m. por el

efecto de variacin entre un bimetal o termopar).

Efecto Peltier (efecto contrario al Seebeck, al

generar una corriente en un bimetal, se desprende

calor).

Efecto Thomson (diferencia de densidad de

electrones en diferentes puntos de un hilo a distinta

temperatura).

As como se utilizan diversos fenmenos, tales

como:

Variaciones en volumen o estado de cuerpos

(termmetros de mercurio, gases, lquidos, etc.).

Variacin de la resistencia de un conductor

(termorresistencias, sondas de resistencia).

Variacin de la resistencia de un semiconductor

(termistores).

F.e.m. creada en la unin de dos bimetales dos

metales distintos (termopares).

Intensidad de radiacin total emitida por el cuerpo

(pirmetros pticos, pirmetros de radiacin, etc).

Otro factor importante a tener en

cuenta en las medidas de

temperatura es la necesidad de

instalar un elemento de proteccin

entre el sensor y el proceso, llamado

termopozo, vaina o thermowell.

Dicho elemento debe disearse y

coordinarse de acuerdo a las

especificaciones mecnicas del

proyecto.

3.3 Termmetros de lquido en tubo

de vidrio La propiedad termomtrica utilizada es el

volumen (V) del lquido cuyo cambio, en los casos en que el rea transversal del tubo es constante, resulta directamente proporcional con el cambio de longitud de la columna del lquido dentro del tubo

A su vez, ese cambio de volumen cumple una proporcionalidad directa con el cambio de temperatura (T) del lquido

Otro tipo de termmetro utilizado es el llamado de termmetro de Bulbo. Estos

consisten esencialmente en un bulbo

conectado por un tubo capilar a una

espiral. Cuando la temperatura del

bulbo vara, el volumen del gas del

interior vara, enrollndose o

desenrollndose la espiral moviendo la

aguja en consecuencia.

Adems de un gas, tambin es posible que los bulbos contengan lquido,

vapor o mercurio.

El termmetro de vidrio consta de un depsito de

vidrio que contiene, por ejemplo, mercurio y que al

calentarse se expande y sube en el tubo capilar

Termmetro de vidrio

Los mrgenes de trabajo de los fluidos empleados son:

Rango de trabajo en termmetros de vidrio

3.4 Unidades Al patrn utilizado para medir le

llamamos tambin Unidad de medida.

Las unidades de temperatura son C,

F, K, R (Rankine), Reamur, la

conversin ms comn es de C a F.

T(C) = t(F) 32/1.8

F = 1.8 tC +32

3.4.1Sistema Internacional ( S.I.)

Este nombre se adopt en el ao 1960 en la XI Conferencia

General de Pesos y Medidas,

celebrada en Pars buscando

en l un sistema universal,

unificado y coherente que

toma como Magnitudes

fundamentales

3.4.2 Escalas absolutas En el estudio de la termodinmica

es necesario tener una escala de

medicin que no dependa de las

propiedades de las sustancias.

Las escalas de ste tipo se conocen como escalas

absolutas o escalas de

temperatura termodinmicas.

- Kelvin Fue creada por William

Thomson, sobre la base de

grados Celsius, estableciendo as

el punto cero en el cero absoluto

(-273,15 C) y conservando la

misma dimensin para los

grados. Esta fue establecida en el

sistema internacional de

unidades en 1954.

3.4.3 Escalas relativas

Relativas por que se comparan con un proceso

fisicoqumico establecido

que siempre se produce a

la misma temperatura.

Grado Fahrenheit (F). Toma divisiones entre el punto de

congelacin de una disolucin de cloruro amnico la que

le asigna valor cero) y la temperatura normal corporal

humana (a la que le asigna valor 100).

Grado Raumur (R, Re, R). Usado para procesos

industriales especficos, como el del almbar.

Grado Romer o Roemer. En desuso.

Grado Newton (N). En desuso.

Grado Leiden. Usado para calibrar indirectamente bajas

temperaturas. En desuso.

Grado Delisle (D) En desuso.

Las siguientes frmulas asocian con precisin las

diferentes escalas de temperatura:

3.5 Conceptos bsicos de transductores

de temperatura

Los metales puros tienen un

coeficiente de resistencia de

temperatura positivo bastante

constante. El coeficiente de

resistencia de temperatura,

generalmente llamado coeficiente de

temperatura es la razn de cambio de

resistencia al cambio de temperatura.

3.6 Termmetros de resistencia La unin entre termmetro de resistencia

y aparato de medicin tiene lugar

generalmente en una conexin de 2 hilos

(valor y variacin de la impedancia del

cable se reflejan en la medicin). Para

una medicin de mayor precisin se

utilizan conexiones de 3 hilos, para

mediciones de alta precisin, de 4 hilos

con corriente constante y toma de tensin

de alta impedancia.

3.7 Termoresistencias (RTD)

El material que forma el conductor se caracteriza por el

llamado coeficiente de temperatura de resistencia que expresa, a una temperatura

especificada, la variacin de la

resistencia en ohmios del

conductor por cada grado cambia

su temperatura

La relacin entre estos factores puede verse

en la expresin lineal siguiente:

Rt = Ro (1 + a t)

En la que:

Ro = Resistencia en ohmios a 0 C

Rt = Resistencia en ohmios t C

a = Coeficiente de temperatura de la

resistencia

Para medir la resistencia hay que aplicar una

corriente, que, por supuesto, produce una

cantidad de calor que distorsiona los

resultados de la medida.

3.8 Termistores La relacin entre la resistencia y la

temperatura viene dada por la expresin

En la que:

Rt = Resistencia en ohmios a la temperatura absoluta Tt

Ro = Resistencia en ohmios a la temperatura absoluta de referencia To

= Constante dentro de un intervalo moderado de temperaturas.

Ventajas:

Una impedancia mucho ms alta que los RTD, por

lo que la reduccin de los errores provocados por

los hilos conductores hace bastante factible el uso

de la tcnica de dos hilos, que es mas sencilla.

Su alto rendimiento (un gran cambio de resistencia

con un pequeo cambio de temperatura) permite

obtener medidas de alta resolucin y reduce an

ms el impacto de la resistencia de los hilos

conductores.

La bajsima mas trmica del termistor minimiza la

carga trmica en el dispositivo sometido a prueba.

Desventajas:

La baja masa trmica tambin

plantea un inconveniente, que es la

posibilidad de un mayor auto

calentamiento a partir de la fuente de

alimentacin utilizada en la medida.

Falta de linealidad, lo que exige un

algoritmo de linealizacin para

obtener unos resultados

aprovechables.

3.9 Sensores de IC Los sensores de IC no tienen tantas opciones de

configuraciones del producto o de gama de

temperaturas, y adems son dispositivos activos,

por lo que requieren una fuente de

alimentacin.

Sensores basados en transistores,

diodos y circuitos integrados

3.10 Termopares

Estudios realizados sobre el

comportamiento de termopares han

permitido establecer tres leyes

fundamentales:

I. Ley del circuito homogneo. En un

conductor metlico homogneo no

puede sostenerse la circulacin de

una corriente elctrica por la

aplicacin exclusiva de calor.

II. Ley de metales intermedios. Si en un circuito

de varios conductores la temperatura es

uniforme desde un punto de soldadura A a otro

punto B, la suma algebraica de todas las fuerzas

electromotrices es totalmente independiente de

los conductores metlicos intermedios y es la

misma que si se pusieran en contacto directo A y B.

III. Ley de las temperaturas sucesivas. La f.e.m.

generada por un termopar con sus uniones a las

temperaturas T1 T3 es la suma algebraica de la

f.e.m. del termopar con sus uniones a T1 T2 de la

f.e.m. del mismo termopar con sus uniones a las

temperaturas T2 T3.

3.10.1 Como funcionan los termopares

Cuando se calienta uno de los

extremos de un hilo, le produce

una tensin que es una funcin de

(A) el gradiente de temperatura

desde uno de los extremos del hilo

al otro, y (B) el coeficiente de

Seebeck, una constante de

proporcionalidad que vara de un

metal a otro.

Un termopar se compone sencillamente de dos hilos de diferentes metales unidos en un extremo y abiertos en el otro.

La tensin que pasa por el extremo abierto es una funcin tanto de la temperatura de la unin como de los metales utilizados en los dos hilos.

3.10.2 Cdigo de colores de los

termopares

Las cdigos ms comunes son:

3.11 Pirmetros de radiacin

Desde el punto de vista de

medicin de temperaturas

industriales, las longitudes de

onda trmicas abarcan desde

0.1 micras para las radiaciones

ultravioletas, hasta 12 micras

para las radiaciones infrarrojas.

Los pirmetros se utilizan:

Cuando no se pueden utilizar termopares

(rango, ambiente agresivo);

Cuando el rea a medir se mueve o tiene difcil

acceso.

Los instrumentos que miden la temperatura de

un cuerpo en funcin de la radiacin luminosa

que sta emite, se denominan pirmetros

pticos de radiacin parcial o pirmetros

pticos; mientras que los que miden la

temperatura captando toda o una gran parte

de la radiacin emitida por el cuerpo, se llamam

pirmetros de radiacin total.

3.11.1 Pirmetros pticos Pirmetro ptico

Los pirmetros pticos

automticos son parecidos a los

de radiaciones infrarrojos y

consisten esencialmente en un

disco rotativo que modula

desfasadas la radiacin del

objeto y la de una lmpara

estndar que inciden en

fototubo multiplicador.

3.11.2 Pirmetros de radiacin total

Principio de operacin de un

pirmetro de radiacin total.

La f.e.m que proporciona la termopila

depende de la diferencia de temperaturas

entre la unin caliente(radiacin

procedente del objeto enfocado) y la

unin fra.

Esta ltima coincide con la de la caja del

pirmetro es decir, con la temperatura

ambiente. La compensacin de esta se

lleva a cabo mediante una resistencia de

nquel conectada en paralelo con los

bornes de conexin del pirmetro.

3.12 Tabla comparativa de caractersticas

Puede verse un resumen de caractersticas de los

instrumentos de temperaturas de mayor uso.

Elementos de Medicin de

temperatura

Dispositivos de presin y temperatura