Instrumentación

Definición Físicamente es una magnitud escalar relacionada con

la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía sensible", que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida que es mayor la energía sensible de un sistema, se observa que está más "caliente"; es decir, que su temperatura es mayor.

La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor "cero kelvin" (0 K) al "cero absoluto", y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es común. La escala más extendida es la escala Celsius (antes llamada centígrada); y, en mucha menor medida, y prácticamente sólo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit. También se usa a veces la escala Rankine (°R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamaño de grado igual al de la Fahrenheit, y es usada únicamente en Estados Unidos, y sólo en algunos campos de la ingeniería.

Unidades de Temperatura

Las más usadas son: Grados Kelvin ( ºK), Grados Centígrados ( ºC), Grados Fahrenheit ( ºF), Grados Rankine ( ºR.

Las Conversiones son:

1 ºC = 34 ºF

1 ºC = 494 ºR,

1 ºC = 273 ºK

Es un parámetro que debe ser medido en función delos efectos secundarios que ocasiona en ciertaspropiedades físicas de los materiales definidos comocambios de presión, cambio de voltaje o resistenciaeléctrica entre otros

TIPOS DE INSTRUMENTOS TERMOMETRO DE VIDRIO

TERMOMETRO BIMETALICO

TERMOMETRO DE BULBO

TERMORESISTENCIA

TERMOPAR

TERMISTORES

PIROMETROS ( OPTICOS, FOTOELECTRICO Y INFRAROJO)

TERMOMETRO DE VIDRIO Se basan en la propiedad que tienen los líquidos en

dilatarse al aumentar la temperatura. Consiste un deposito de vidrio, donde se almacena mercurio, pentano o alcohol el cual esta unido a un capilar de vidrio

MERCURIO( )

ALCOHOL(-110 ºc a

PENTANO(-200ºc a

TULUENO

Capilar

Vidrio

Restricción

Bulbo

Liquido

TERMÓMETRO BIMETÁLICO Se basan en el distinto coeficiente de dilatación de

dos metales diferentes, tales como latón, monel o acero. Un termómetro Bimetálico contiene pocas partes móviles, solo la aguja indicadora sujeta al extremo libre de la espiral o de la hélice y el propio elemento Bimetálico. No hay engranajes que exija un mantenimiento. La precisión es de ±1% y su campo de medida es de –200 a 500 ºC.

Termómetro de Bulbo 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 del bulbo.

Termopares ( Termocuplas) Un termopar es un dispositivo capaz de convertir la energía

calorífica en energía eléctrica su funcionamiento se basa en los descubrimientos hechos por Seebeck en 1821 cuando hizo circular corriente eléctrica en un circuito, formado por dos metales diferentes cuyas uniones se mantienen a diferentes temperaturas, esta circulación de corriente obedece a dos efectos termoeléctricos combinados, el efecto Peltier que provoca la liberación o absorción de calor en la unión de dos metales diferentes cuando una corriente circula a través de la unión y el efecto Thompson que consiste en la liberación o absorción de calor cuando una corriente circula a través de un metal homogéneo en el que existe un gradiente de temperaturas.

APLICACIONES INDUSTRIALES DE LOS TERMOPARES:

Los termopares actualmente tienen grandes e importantes aplicaciones industriales ya que casi todos lo procesos en la industria requieren un estricto control de la temperatura y el uso de termopares ayuda a la automatización del control de la temperatura ya que se pueden implementar programas que ejecuten acciones especificas dependiendo de la temperatura que se tenga en un momento dado del proceso industrial. Pero el asunto radica en distinguir como va a efectuarse el contacto de el termopar con la variable a medir es decir ciertos procesos industriales generan reacciones químicas radioactivas o excesivamente caloríficas o en ocasiones peligrosas para los humanos en estas circunstancias el control debe ser a distancia y se deben de implementar extensiones que requieren un cuidado excesivo.

TIPOS DE TERMOPARES El termopar tipo J ( hierro-constantan) alcanza temperaturas de

hasta 750 ºC

El termopar tipo E (Cromel-Constantan) varia su rango desde –200 a 900 ºC

El termopar tipo T ( cobre-constantan) varia su rango desde –200 a 260 ºC

El termopar tipo K ( cromel-alumel) varia su rango desde 500 a 1250 ºC. No debe ser usado en atmósferas reductoras ni sulfurosas a menos que este protegido con un tubo protector

Los termopares tipo R, S de ( Pt-Pt / Rh) su alcance llega hasta 1500 ºC.

Termopar motores diesel antivibraciones

Se emplean para la medida de temperatura de agua de refrigeración o de los gases de escape de motores diesel.

Rectos y acodados

Tipo de termopar”K” Temp. máx.1150ºC

Funda de protección AISI -316

Termopar encamisado flexible

Termopar de gran duración debido a su aislamiento mineral el cual evita el contacto con el aire.

TERMORESISTENCIA(RTD)

Es una resistencia de 3 ó 4cables según sea el casopara mejorar el error delectura y minimizar elruido presente en el medioambiente. Son muyconocidas por su excelenteestabilidad y precisión. Lamas usada es hecha dePlatino y tiene unaresistencia de 100 Ω.

Rt=Ro(1 + α*t)

TERMISTORES Los Termistores son resistores térmicamente

sensibles, existen dos tipos de termistores según la variación de la resistencia/coeficiente de temperatura, pueden ser negativos (NTC) o positivos (PTC).

Son fabricados a partir de los óxidos de metales de transición (manganeso, cobalto, cobre y níquel) los termistores NTC son semiconductores dependientes de la temperatura. Operan en un rango de -200º 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 mecánica, térmica y eléctrica, junto con un alto grado de sensibilidad.

Un termistor PTC es un resistor que depende de la temperatura, son fabricación de titanato de bario y deben elegirse cuando se requiere un cambio drástico en la resistencia a una temperatura específica 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 protección de los bobinados de motores eléctricos y transformadores.

Fusible de estado sólido de protección contra el exceso de corriente, que van desde mA a varios A (25° C ambiente) a niveles de tensión continua superior a 600V, por ejemplo, fuentes de alimentación para una amplia gama de equipos eléctricos.

Sensor de nivel de líquidos.

PIROMETROS OPTICOS Un pirómetro óptico es un instrumento utilizado para medir la

temperatura de un cuerpo. Funciona comparando el brillo de la luz emitida por la fuente de calor con la de una fuente estándar.

El pirómetro consta de dos partes: un telescopio y una caja de control. El telescopio contiene un filtro para color rojo y una lámpara con un filamento calibrado, sobre el cual la lente del objetivo enfoca una imagen del cuerpo cuya temperatura se va a medir. También contiene un interruptor para cerrar el circuito eléctrico de la lámpara y una pantalla de absorción para cambiar el intervalo del pirómetro.

Este tipo de pirómetro óptico mide una temperatura que alcanza los 2.400 ºF, pero existen otros más complejos que pueden alcanzar los 10.000 ºF (5.538 ºC) o más.

Tambien existe otro tipo de pirómetro, llamado termoeléctrico, que funciona de forma satisfactoria hasta los 3.000 ºF (1.649 ºC).

INDICADORPROCESADOR

DECTECTOR

FUENTE DE RADIACION

SENSORSEÑAL

ELECTRICA

PIROMETROS INFRARROJOS Los pirómetros infrarrojos están especialmente

indicados para aplicaciones en las que no se pueden utilizar los sensores convencionales. Este es el caso de objetos en movimiento o lugares de medición donde se requiere una medición sin contacto debido a posibles contaminaciones u otras influencias negativas.

PIROMETROS DE RADIACION Pirómetros de radiación

Los pirómetros de radiación se emplean para medir temperaturas mayores de 550°C hasta un poco más de 1600°C captando toda o gran parte de la radiación emitida pro el cuerpo a analizar. Este tipo de pirómetros se fundamenta en la ley de Stefan−Boltzmann, que dice que la intensidad de energía radiante emitida por la superficie de un cuerpo negro aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerpo, es decir, W = KT4, donde

W (potencia emitida)= Flujo radiante por unidad de área.

K =Constante de Stefan − Boltzman (cuyo valor es 5.67 10−8 W / m2 K4).

T =Temperatura en Kelvin

CALIBRACIÓN DE INSTRUMENTOS DE TEMPERATURA

Para la calibración de instrumentos de temperatura seemplean baños de temperatura (calibradores debloque metálico, de baño de arena y de bañode líquido), hornos y comprobadorespotenciométricos.

CALIBRADOR DE BLOQUE METÁLICO El calibrador de bloque metálico consiste en un bloque

metálico calentado por resistencias con un controlador de temperatura de precisión (± 2ºC) adecuado para aplicaciones de alta temperatura (-25 a 1200ºC). El control de temperatura se realiza con aire comprimido, lo que permite reducir la temperatura desde 1200º C a la ambiente en unos 10-15 minutos. En el calibrador hay orificios de inserción para introducir un termopar patrón y la sonda de temperatura a comprobar. Pueden programarse las temperaturas y la pendiente de subida o bajada y comunicarse a un ordenador.

Calibrador de baño de arena El calibrador de baño de arena consiste en un depósito

de arena muy fina que contiene tubos de inserción para la sonda de resistencia o el termopar patrón y para las sondas de temperatura a comprobar. La arena caliente es mantenida en suspensión por medio de una corriente de aire, asegurando así la distribución uniforme de temperaturas a lo largo de los tubos de inserción.

Calibrador de baño de líquido El calibrador de baño de líquido, consiste en un tanque de

acero inoxidable lleno de líquido, con un agitador incorporado, un termómetro patrón sumergido y un controlador de temperatura que actúa sobre un juego de resistencias calefactoras y sobre un refrigerador mecánico dotado de una bobina de refrigeración. En algunos modelos no existe el refrigerador.

El agitador mueve totalmente el líquido, disminuye los gradientes de temperatura en el seno del líquido y facilita una transferencia rápida de calor; el termómetro patrón es de tipo laboratorio, con una gran precisión; el controlador de temperatura puede ser todo-nada, proporcional o proporcional más integral.

Fluidos empleados para los baños

Hornos de temperatura Los hornos de temperatura son hornos de mufla

calentados por resistencias eléctricas y con tomasadecuadas para introducir los elementos primarios(termopar ... ) del instrumento a comprobar.

Si bien estos hornos son de temperatura controladadisponiendo de indicador-controlador, un termopar deprecisión y de un juego de resistencias decalentamiento, una calibración muy precisa seconseguirá disponiendo en el interior del hornocrisoles con sales específicas que funden atemperaturas determinadas.

Conversión de Temperaturas Cuando se le pide un cambio de conversión de

temperatura de °C a °F Multiplica por 9, divide entre 5, después suma 32 si por el contrario se le pide llevar de °F a °C Resta 32, después multiplica por 5, después divide entre 9

Conversión de temperaturas:

Grados Celsius o centígrados (ºC)a grados Farenheit (ºF)

ºF = 9 / 5 x ºC + 32Grados Farenheit (ºF)a grados Celsius o centígrados (ºC)

ºC = 5 / 9 ( ºF – 32 )Grados Celsius o centígrados (ºC)a grados Kelvin (ºK)

ºK = ºC + 273,16Grados Kelvin (ºK)a grados Celsius o centígrados (ºC)

ºC = ºK – 273,16

Ejemplo 1

Convierte 26° Celsius a Fahrenheit

Primero: 26° × 9/5 = 234/5 = 46.8Después: 46.8 + 32 = 78.8° F

Ejemplo 2

Convierte 98.6° Fahrenheit (¡temperatura corporal normal!) a Celsius

Primero: 98.6° - 32 = 66.6Después: 66.6× 5/9 = 333/9 = 37° C

REFLEXIÓN

Si haces creer a la gente que están pensando, te adorarán; pero si las haces pensar, te odiarán visceralmente.

Azimuth