INSTRUMENTACION INDUSTRIAL MEDIDAS DE TEMPERATURAS ING. CIPRIAN GARCIA MARQUEZ
LAS MEDICION DE TEMPERATURAS ESTA PRESENTE EN TODOS LOS PROCESOS INDUSTRIALES
Termómetros industriales: Los termómetros más utilizados son: Los infrarrojos; Vidrio, RTD, Torsión Termocupla.
Escalas temperatuas:c,f,k,r
INSTRUMENTOS USADOS PARA MEDIR TEMPERATURAS
Termocupla Las termocuplas son el sensor de temperatura más ampliamente usado en la industria. Una termocupla es un transductor de temperatura, es decir, un dispositivo que traduce una magnitud física en una señal eléctrica. Está compuesta por dos alambres de metales diferentes, los que unidos convenientemente generan entre sus extremos libres una diferencia de potencial proporcional a la diferencia de temperatura entre ellos. Su funcionamiento, se basa en un descubrimiento hecho por Seebeck en 1821: si se sueldan dos metales diferentes, cuyos extremos están a distintas temperaturas, aparece una f.e.m. (llamada f.e.m Seebeck)
EfectoSeebeck; El efecto Seebeck, lo descubre el físico alemán Thomas Johann Seebeck (1770 1831), se refiere a la emisión de electricidad en un circuito termo eléctrico se compone de metales conductores diferentes, estresados bajo diferentes temperaturas. Los conductores metálicos se conectan en serie. La diferencial térmica produce un flujo de electrones en el sistema termo eléctrico, el flujo de energía clorífica inicia desde el área metálica de mayor temperatura dirigiéndo hacia el metal de menor temperatura. En el punto de contacto de los metales se presenta un diferencial de tensión electroéstatico. La magnitud de la energía termoelectria depende del tipo de material de los metales, y es directamente proporcional a la temperatura de contacto, no depende de la temperatura que se distribuye a todo lo largo del conductor. La termoelectricidad caracteriza a los termopares por el coeficiente de Seebeck para diferentes materiales con un rango que va desde + 43mV/grado hasta 38mV/grado.
En 1821 Seebeck señaló que si se unían dos metales distintos por sus extremos la ecuación que se cumple es; fem = a + bt + ct 2 t << Temperatura a,b,c << Constantes Aplicada esta ecuación a los metales de Platino - Platino/Rodio, resulta; Fem = 0.323 + 0.008276 t + 0.00001632 t 2 En 1834 el francés Jean C. A. Peltier descubrió el efecto inverso al efecto Seebeck:
Efecto Peltier; "Si una corriente circula a través del termopar, la temperatura de la unión se incrementa y la temperatura en otras secciones se decrementa, el calor se transfiere desde una unión a otra, la cantidad de calor que se transfiere es directamente proporcional a la corriente y la dirección de transferencia se invierte si la corriente cambia de dirección". El científico escocés William Thomson y un poco más tarde Lord Kelvin, descubre en 1854 que la diferencia de temperatura que existe entre dos puntos cualquiera de un conductor que transporta corriente absorbe calor dependiendo del material y la dirección de la corriente en el conductor, éste efecto "Thomson", muestra que el efecto Seebeck es un resultado de la combinación de los efectos de Peltier y Thomson. Los campos magnéticos demuestran la influencia que generan todos estos fenómenos termoeléctricos. Los dispositivos electronicos que se basan en los efectos termoeléctricos se usan para medir temperatura, transferir calor ó generar electricidad.
TRANSMISORES DE TEMPERATURA
Tipos de termocuplas Hay siete tipos de termocuplas que tienen designaciones con letras elaboradas por el Instrument Society of America (ISA). Tipo B ( PtRh 30% - PtRh 6%) Las ventajas de la termocupla Tipo B sobre la Tipo R o Tipo S son su capacidad para medir temperaturas levemente más altas, su mayor estabilidad y resistencia mecánica, y su aptitud de ser utilizada sin compensación de junta de referencia para fluctuaciones normales de la temperatura ambiente. Las termocuplas Tipo B resultan satisfactorias para uso continuo en atmósferas oxidantes o inertes a temperaturas hasta 1.700º C. También resultan satisfactorias durante cortos períodos de tiempo en vacío. Las desventajas de la termocupla Tipo B son su baja tensión de salida y su incapacidad para ser utilizada en atmósferas reductoras (como ser hidrógeno o monóxido de carbono) y cuando se encuentran presentes vapores metálicos (eso es, de plomo o zinc ) o no metálicos (eso es, de arsénico, fósforo o azufre).
Tipo J (Fe - CuNi ) La termocupla Tipo J es la conocida como la termocupla hierro - constantán. El hierro es el conductor positivo, mientras que para el conductor negativo se recurre a una aleación de 55 % de cobre y 45 % de níquel (constantán). Las termocuplas Tipo J resultan satisfactorias para uso continuo en atmósferas oxidantes, reductoras e inertes y en vacío hasta 760º C. Por encima de 540º C, el alambre de hierro se oxida rápidamente, requiriéndose entonces alambre de mayor diámetro para extender su vida en servicio. La ventaja fundamental de la termocupla Tipo J es su bajo costo. Las siguientes limitaciones se aplican al uso de las termocuplas Tipo J: No se deben usar en atmósferas sulfurosas por encima de 540º C. A causa de la oxidación y fragilidad potencial, no se las recomienda para temperaturas inferiores a 0º C. No deben someterse a ciclos por encima de 760º C, aún durante cortos períodos de tiempo, si en algún momento posterior llegaran a necesitarse lecturas exactas por debajo de esa temperatura.
Tipo K (NiCr Ni) La Termocupla Tipo K se la conoce también como la termocupla Chromel-Alumel (marcas registradas de Hoskins Manufacturing Co., EE.UU.). El Chromel es una aleación de aproximadamente 90% de níquel y 10% de cromo, el Alumel es una aleación de 95% de níquel, más aluminio, silicio y manganeso. La Tipo K es la termocupla que más se utiliza en la industria, debido a su capacidad de resistir mayores temperaturas que la termocupla Tipo J. Las Termocuplas Tipo K pueden utilizarse en forma continua en atmósferas oxidantes e inertes hasta 1.260º C y constituyen el tipo más satisfactorio de termocupla para uso en atmósferas reductoras o sulfurosas o en vacío.
Código de colores termopares
a pequeños bulbos o pequeños capacitores. El dispositivo formado así se llama Termistor. Los termistores tienen coeficientes de temperatura negativos grandes que no son constantes. En otras palabras, el cambio de resistencia por unidad de cambio de temperatura es mucho mayor que para el metal puro, pero el cambio es en la otra dirección: la resistencia disminuye a medida que se aumenta la temperatura. El hecho de que el coeficiente no sea constante significa que el cambio en la resistencia por unidad de cambio de temperatura es diferentes a diferentes temperaturas. La linealidad extrema de los termistores los hace poco apropiados para la medición de temperatura a través de rangos amplios. Sin embargo, para la medición de temperaturas dentro de bandas angostas, están muy bien dotados, pues dan una gran respuesta a un cambio de temperatura pequeño. Como regla general, los termistores son preferibles cuando la banda de temperaturas esperada es angosta, mientras que los RTD son preferibles cuando la banda de temperatura esperada es amplia
RTD 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 razón de cambio de resistencia al cambio de temperatura. Un coeficiente positivo significa que la resistencia aumenta a medida que aumenta la temperatura. Si el coeficiente es constante, significa que el factor de proporcionalidad entre la resistencia y la temperatura es constante y que la resistencia y la temperatura se graficarán en una línea recta. Cuando se usa un alambre de metal puro para la medición de temperatura, se le refiere como detector resistivo de temperatura, o RTD ( por las siglas en ingles de resistive temperature detector). Cuando se usan óxidos metálicos para la medición de temperatura, el material de oxido metálicos conformado en forma que se asemejan
Termómetros Infrarojos En el pasado, la medición de temperatura de superficie era lenta e involucraba procedimientos. Para tomar una medición de temperatura, era necesario estar en contacto con la superficie del objeto. Que sucede si el objeto esta demasiado caliente como para aproximarse? Que pasa si la superficie es muy pequeña? Cómo hacer para medir la temperatura constantemente?. Estos problemas fueron resueltos con los avances en la medición de la temperatura utilizando tecnología infraroja. Con un termómetro infrarojo portatil, como el que se puede ver en la imagen, el usuario apunta el instrumento hacia el objeto y apreta el gatillo para ver la tempratura. Los termómentros infrarojos varían en forma, tamaño, y funcionalidad. Sin embargo, todos ellos proveen importantes ventajas por sobre las técnicas previas de medición de temperatura en superficies.
TERMOMETROS INFRAROJOS El mayor avance de estos termómetros es la habilidad de tomar mediciones de temperatura de objetos calientes, peligrosos, o difíciles de alcanzar sin contacto. Con los termómetros infrarrojos estándar, las mediciones pueden tomarse desde unos pocos centímetros hasta 3 metros de distancia desde el objeto. Los termómetros infrarrojos usualmente están disponibles con láser, que se usan para ayudar al usuario a definir el área de la cual intenta tomar medición. Los termómetros infrarrojos son ideales para monitorear la temperatura de equipos que están muy calientes como para ser tocados. Los termómetros infrarrojos son altamente exactos comparados con otros métodos de medición de la temperatura. La mayoría de los termómetros infrarrojos opera en un rango de exactitud de ±1.0-3.0% F, mientras que las pruebas de termocupla tienen una exactitud de ±1.8-7.9 % F.
Estas ventajas incluyen la no necesidad de contacto, alta exactitud, un amplio rango de medida, y una rápida determinación de la temperatura. Para entender los beneficios de los termómetros Infrarrojos, es importante entender como funcionan. Todos los objetos emiten energía infrarroja. Cuanto mas caliente esta un objeto, mas activas están sus moléculas, y más energía infrarrojo emite. Los termómetros infrarrojos captan la energía infrarroja emitida por un objeto y enfoca la energía hacia un detector. El detector entonces convierte la energía en una señal eléctrica, que es amplificada y mostrada como una lectura de temperatura.
Diagrama esquemático del efecto Peltier Este efecto realiza la acción inversa al efecto Seebeck. Consiste en la creación de una diferencia térmica a partir de una diferencia de potencial eléctrico. Ocurre cuando una corriente pasa a través de dos metales similares o semiconductores (tipo-n y tipo-p) que están conectados entre sí en dos uniones (uniones Peltier). La corriente conduce una transferencia de calor desde una unión hasta la otra. Una unión se enfría mientras que la otra se calienta. El efecto es utilizado para refrigeración termoeléctrica.
Ecuaciones de Conversión de Temperaturas Desde C a F = (1.8 x C) +32 Desde F a C = ( F-32) x 0.555 Desde C a Kelvin = C + 273.2 Desde F a Rankin = F + 459.67