TEMPERATURA                                     el termómetro de mercurio en 1714. La escala de                           ...
negativos en la escala Kelvin (porque teoricamente nadapuede ser más frío que el cero absoluto), es muy conveniente       ...
además, se oxida muyrápidamente por encima de 538ºC. No       mejorar el error de lectura y minimizar el ruido presente en...
parámetro B es ladenominada temperatura característica del         mayor problema (hasta unos 30 metros) utilizando cablem...
PIRÓMETROS DE RADIACIÓN: Los pirómetros de radiación seEl método de 4 hilos es el más preciso de todos, los 4            e...
FLUIDOS EMPLEADOS PARA LOS BAÑOSHORNOS DE TEMPERATURA:son hornos de mufla calentadospor resistencias eléctricas y con toma...
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Tipos de instrumentos

  1. 1. TEMPERATURA el termómetro de mercurio en 1714. La escala de temperatura Fahrenheit fue desarrollada en 1724.La temperatura es una medida del calor o energía térmica de Originalmente, Fahrenheit estableció una escala en la que lalas partículas en una sustancia. Como lo que medimos es su temperatura de una mezcla de hielo-agua-sal estaba fijada a 0movimiento medio, la temperatura no depende del número grados. La temperatura de una mezcla de hielo-agua (sin sal)de partículas en un objeto y por lo tanto no depende de su estaba fijada a 30 grados y la temperatura del cuerpotamaño. Por ejemplo, la temperatura de un cazo de agua humano a 96 grados. Usando esta escala, Fahrenheit midió lahirviendo es la misma que la temperatura de una olla de agua temperatura del agua hirviendo a 212°F en su propia escala.hirviendo, a pesar de que la olla sea mucho más grande y Más tarde, Fahrenheit ajustó el punto de congelamiento deltenga millones y millones de moléculas de agua más que el agua hirviendo de 30°F a 32°F, haciendo que el intervalocazo. entre el punto de ebullición y el de congelamiento del agua fuera de 180 grados (y haciendo que la temperatura delMedir la temperatura es relativamente un concepto nuevo. cuerpo fuese la familiar de 98.6°F). Hoy en día, la escalaLos primeros científicos entendían la diferencia entre frío y Fahrenheit sigue siendo comúnmente usada en Estadoscaliente, pero no tenían un método para cuantificar los Unidos.diferentes grados de calor hasta el siglo XVII. En 1597, elastrónomo Italiano Galileo Galilei inventó un simple Celsius :Anders Celsius (1701-1744) fue un astrónomo suizotermoscopio de agua, un artificio que consiste en un largo que inventó la escala centígrada en 1742. Celsius escogió eltubo de cristal invertido en una jarra sellada que contenía punto de fusión del hielo y el punto de ebullición del aguaagua y aire. Cuando la jarra era calentada, el aire se expandía como sus dos temperaturas de referencia para dar con uny empujaba hacia arriba el líquido en el tubo. El nivel del agua método simple y consistente de un termómetro deen el tubo podía ser comparado a diferentes temperaturas calibración. Celsius dividió la diferencia en la temperaturapara mostrar los cambios relativos cuando se añadía o se entre el punto de congelamiento y de ebullición del agua enretiraba calor, pero el termoscopio no permitía cuantificar la 100 grados (de ahí el nombre centi, que quiere decir cien, ytemperatura fácilmente. grado). Después de la muerte de Celsius, la escala centigrada fue llamanda escala Celsius y el punto de congelamiento delVarios años después, el físico e inventor Italiano agua se fijo en 0°C y el punto de ebullición del agua en 100°C.SantorioSantorio mejoró el diseño de Galileo añadiendo una La escala Celsius toma precedencia sobre la escala Fahrenheitescala numérica al termoscopio. Estos primeros termoscopios en la investigación científica porque es más compatible con eldieron paso al desarrollo de los termómetros llenos de líquido formato basado en los decimales del Sistema Internacionalcomúnmente usados hoy en día. Los termometros modernos (SI) del sistema métrico. Además, la escala de temperaturafuncionan sobre la base de la tendencia de algunos líquidos a Celsius es comúnmente usada en la mayoría de paises en elexpandirse cuándo se calientan. Cuando el fluido dentro del mundo, aparte de Estados Unidos.termómetro absorbe calor, se expande, ocupando unvolumen mayor y forzando la subida del nivel del fluido Kelvin :La tercera escala para medir la temperatura esdentro del tubo. Cuando el fluido se enfría, se contrae, comúnmente llamada Kelvin (K). Lord William Kelvin (1824-ocupando un volumen menor y causando la caída del nivel 1907) fue un físico Escosés que inventó la escala en 1854. Ladel fluido. escala Kelvin está basada en la idea del cero absoluto, la temperatura teóretica en la que todo el movimientoLa temperatura es la medida de la cantidad de energía de un molecular se para y no se puede detectar ninguna energíaobjeto (Ver la lección sobre Energía para saber más sobre (ver la Lección de Movimiento). En teoría, el punto cero de laeste concepto). Ya que la temperatura es una medida escala Kelvin es la temperatura más baja que existe en elrelativa, las escalas que se basan en puntos de referencia universo: -273.15ºC. La escala Kelvin usa la misma unidad dedeben ser usadas para medir la temperatura con precisión. división que la escala Celsius. Sin embargo vuelve a colocar elHay tres escalas comúnmente usadas actualmente para medir punto zero en el cero absoluto: -273.15ºC. Es así que el puntola temperatura: la escala Fahrenheit (°F), la escala Celsius (°C), de congelamiento del agua es 273.15 Kelvins (lasy la escala Kelvin (K). Cada una de estas escalas usa una serie graduaciones son llamadas Kelvins en la escala y no usa ni elde divisiones basadas en diferentes puntos de referencia tal término grado ni el símbolo º) y 373.15 K es el punto decomo se describe enseguida. ebullición del agua. La escala Kelvin, como la escala Celsius, es una unidad de medida estandard del SI, usada comúnmenteFahrenheit:Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736) fue un en las medidas científicas. Puesto que no hay númerosfísico alemán que inventó el termómetro de alcohol en 1709 y
  2. 2. negativos en la escala Kelvin (porque teoricamente nadapuede ser más frío que el cero absoluto), es muy conveniente TERMOPARES:( Termocuplas)Un termopar es un dispositivousar la escala Kelvin en la investigación científica cuando se capaz de convertir la energía calorífica en energía eléctrica sumide temperatura extremadamente baja. funcionamiento se basa en los descubrimientos hechos por Seebeck en 1821 cuando hizo circular corriente eléctrica en CONVERSION 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. MEDICION DE TEMPERATURA APLICACIONES INDUSTRIALES DE LOS TERMOPARES:LosTIPOS DE INSTRUMENTOS termopares actualmente tienen grandes e importantes aplicaciones industriales ya que casi todos lo procesos en la TERMOMETRO DE VIDRIO industria requieren un estricto control de la temperatura y el TERMOMETRO BIMETALICO TERMOMETRO DE BULBO uso de termopares ayuda a la automatización del control de TERMORESISTENCIA la temperatura ya que se pueden implementar programas TERMOPAR que ejecuten acciones especificas dependiendo de la TERMISTORES temperatura que se tenga en un momento dado del proceso PIROMETROS ( OPTICOS, FOTOELECTRICO Y INFRAROJO) industrial. Pero el asunto radica en distinguir como va a efectuarse el contacto del termopar con la variable a medir esTERMOMETRO DE VIDRIO: Se basan en la propiedad que tienen decir ciertos procesos industriales generan reaccioneslos líquidos en dilatarse al aumentar la temperatura. Consiste químicas radioactivas o excesivamente caloríficas o enun deposito de vidrio, donde se almacena mercurio, pentano ocasiones peligrosas para los humanos en estaso alcohol el cual esta unido a un capilar de vidrio.MERCURIO, circunstancias el control debe ser a distancia y se deben deALCOHOL (-110 ºc a) , PENTANO (-200ºc a ), TULUENO. implementar extensiones que requieren un cuidado excesivo.TERMOMETRO BIMETALICO:Se basan en el distinto coeficiente TIPOS DE TERMOPARESde dilatación de dos metalesdiferentes, tales como latón,monel o acero. Untermómetro Bimetálicocontiene pocas partesmóviles, solo la agujaindicadora sujeta al extremo libre de la espiral o de la hélice yel propio elemento Bimetálico. No hay engranajes que exijaun mantenimiento. La precisión es de ±1% y su campo demedida es de –200 a 500 ºC.TERMOMETRO DE BULBO:Consisteenesencialmente en un bulbo conectadopor un capilar a una espiral. Cuando latemperatura del bulbo cambia, el gas o Los termopares J, K, N y T se denominan termopares deel líquido en el bulbo se expanden y la metales baseporque están hechos de metales comunes.espiral tiende a desenrollarse moviendo Eltermopar tipo J es apropiado paraatmósferas inertes ola aguja sobre la escala para indicar la reductoras. Las atmósferas oxidantes disminuyen la vidaelevación de la temperatura del bulbo. útildebido a la presencia de hierro en el termopar que,
  3. 3. además, se oxida muyrápidamente por encima de 538ºC. No mejorar el error de lectura y minimizar el ruido presente en eles adecuado para bajas temperaturas(por debajo de 0ºC). El medio ambiente. Son muy conocidas por su excelentetipo K es muy utilizado por encima de 538ºC debido a estabilidad y precisión. La mas usada es hecha de Platino ylaslimitaciones del termopar de tipo J. El cromo tiende a tiene una resistencia de 100 Ω.oxidarse ante la presenciade oxígeno lo que puede llevar aimportantes derivas en el margen de 816 a1038ºC. El tipo N MODELO MATEMATICOse utiliza en aplicaciones donde el termopar de tipo K TERMISTORES :Los Termistores son resistores térmicamentetieneproblemas de oxidación. El tipo T es adecuado para sensibles, existen dos tipos de termistores según la variaciónatmósferas oxidantes,inertes y reductoras.Los termopares R, de la resistencia/coeficiente de temperatura, pueden serS y B se conocen como termopares de metales noblesporque negativos (NTC) o positivos (PTC).Son fabricados a partir deestán hechos de platino y rodio. Se utilizan cuando las los óxidos de metales de transición (manganeso, cobalto,temperaturas amedir son muy elevadas y exceden los cobre y níquel). Lostermistores NTC son semiconductoresmárgenes que se pueden alcanzar conlos metales base o dependientes de la temperatura. Operan en un rango de -cuando hay problemas de oxidación o de corrosión. 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,Termopar motores diesel térmica y eléctrica, junto con un alto grado deantivibraciones: Se emplean sensibilidad.Un termistor PTC es un resistor que depende depara la medida de temperatura la temperatura, son fabricación de titanato de bario y debende agua de refrigeración o de los elegirse cuando se requiere un cambio drástico en lagases de escape de motores resistencia a una temperatura específica o nivel de corriente.diesel.Rectos y acodados. Tipo de Los termistores PTCspuede operar en los siguientes modos:termopar”K” Temp. máx.1150ºC.Funda de protección AISI – 316.  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 excesoTermopar encamisado de corriente, que van desde mA a varios A (25° Cflexible: ambiente) a niveles de tensión continua superior a 600V, por ejemplo, fuentes de alimentación para una ampliaTermopar de gran duración gama de equipos eléctricos.debido a su aislamiento  Sensor de nivel de líquidos.mineral el cual evita elcontacto con el aire. MODELO MATEMATICOTERMORESISTENCIA(RTD = Dispositivo TermoResistivo):Es una resistencia de 3 ó 4cables según sea el caso para Para las NTC, en un margen de temperatura reducido (50ºC), la dependenciaentre RT y T se puede considerar de tipo exponencial de la forma:RT=R0exp {B(1/T-1/T0)}donde R0 es la resistencia a una temperatura de referencia (generalmente 25ºC),y T0 es dicha temperatura expresada en kelvins. El
  4. 4. parámetro B es ladenominada temperatura característica del mayor problema (hasta unos 30 metros) utilizando cablematerial, y tiene valores de 2000 K a5000 K, pero varía con la decobre convencional para hacer la extensión.temperatura, aumentando al aumentar esta. CONEXIÓN DE LA PT100 :Existen 3 modos de conexión para El valor deB se puede encontrar midiendo la resistencia del las Pt100, cada uno de ellosrequiere un instrumento lectortermistor a dos temperaturasconocidas T1 y T2.El error distinto.El objetivo es determinar exactamente la resistenciacometido al emplear el modelo anterior, en el margen de 0 a eléctricaR(t) delelemento sensor de platino sin que influya en50ºC, esdel orden de ±0,3ºC. Un modelo alternativo es la la lectura la resistenciade los cables Rc.ecuación empiríca de Steinharty Hart, RT = exp {A+B/T+C/T3}o de forma equivalente:1/T = a + blnRT + c(lnRT)3con la que El modo más sencillo de conexión (pero menosse logran errores de sólo ±0,01ºC en un margen de 100ºC. recomendado) escon solo dos cables.En este caso las resistencias de los cables Rc1 y Rc2 que unen laPt100 alPT100: Es un sensor de temperatura. Consiste en un alambre instrumento se suman generando un error inevitable.El lectordeplatino que a 0 °C tiene 100 ohms y que al aumentar la medirá el total R(t)+Rc1+Rc2 en vez de R(t).Lo único que setemperaturaaumenta su resistencia eléctrica.El incremento puede hacer es usar cable lo más grueso posibleparade la resistencia no es lineal pero si creciente ycaracterístico disminuir la resistencia de Rc1 y Rc2 y así disminuir el errorendel platino de tal forma que mediante tablas es la lectura.posibleencontrar la temperatura exacta a la que corresponde. Por ejemplo si la temperatura es 90°C, entonces R(t) = 134.7 ohms,pero si el cable Rc1 tiene 1.3 ohms y el Rc2 tiene 1.2 ohmsentonces la resistencia medida será 134.7+1.3+1.2 = 137.2 ohms yla lectura del instrumento será 96 °C.Un cable común razonablemente grueso sería uno de diámetroequivalente a 18 AWG. La resistencia de este cable es 0.0193 ohmspor metro.Por ejemplo si se usa este cableUn Pt100 es un tipo particular de RTD (Dispositivo para medir una resistencia a 15metros de distancia, laTermoResistivo)Normalmente las Pt100 industriales se resistencia total de los cables será15*2*0.0193 = 0.579 ohmsconsiguen encapsuladas en lamisma forma que las lo que inducirá un error de 1.5°C en lalectura.termocuplas, es decir dentro de un tubo deacero inoxidable úotro material (vaina) , en un extremo está elelemento El modo de conexión de 3 hilos es el más común ysensible (alambre de platino) y en el otro está el resuelvebastante bién el problema de error generado por losterminaleléctrico de los cables protegido dentro de una caja cables.redonda dealuminio ( cabezal ).VENTAJAS DE LA PT100:Por otra parte los Pt100 siendolevemente más costosos ymecánicamente no tan rígidoscomo las termocuplas, las superanespecialmente enaplicaciones de bajas temperaturas. (-100 a 200 °).Puedenfácilmente entregar precisiones de una décima degrado conla ventaja que la Pt100 no se descompone gradualmente El único requisito es que los tres cables tengan la mismaentregando lecturas erróneas, si no que normalmente se resistenciaeléctrica pues el sistema de medición se basa (casiabre, con locual el dispositivo medidor detecta siempre) en el"puente de Wheatstone". Por supuesto elinmediatamente la falla del sensory da aviso.Este lector de temperatura debeser para este tipo de conexión.Encomportamiento es una gran ventaja en usos como el caso particular de los instrumentos ARIAN, se hace pasarcámarasfrigoríficas donde una desviación no detectada de la unacorriente conocida a través de los cables azul y verde contemperaturapodría producir algún daño grave.Además la lo cual elinstrumento mide 2Rc. Luego mide la resistencia porPt100 puede ser colocada a cierta distancia del medidorsin los cables café y azul para finalmente restarle 2Rc al valor medido y obtener R(t).
  5. 5. PIRÓMETROS DE RADIACIÓN: Los pirómetros de radiación seEl método de 4 hilos es el más preciso de todos, los 4 emplean para medir temperaturas mayores de 550°C hastacablespueden ser distintos (distinta resistencia) pero el un poco más de 1600°C captando toda o gran parte de lainstrumento lectores más costoso. 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).Por los cables 1 y 4 se hace circular una corriente I conocida  T =Temperatura en Kelvinatravés de R(t) provocando una diferencia de potencial V enlosextremos de R(t).Los cables 2 y 4 están conectados a la CALIBRACIÓN DE INSTRUMENTOS DE TEMPERATURAentrada de un voltímetro dealta impedancia luego por estos Para la calibración de instrumentos de temperatura secables no circula corriente y por lotanto la caída de potencial emplean baños de temperatura (calibradores de bloqueen los cables Rc2 y Rc3 será cero(dV=Ic*Rc=0*Rc=0) y el metálico, de baño de arena y de baño de líquido), hornos yvoltímetro medirá exactamente el voltaje Ven los extremos comprobadores potenciométricos.del elemento R(t).Finalmente el instrumento obtiene R(t) aldividir V medido entre lacorriente I conocida. CALIBRADOR DE BLOQUE METÁLICO: consiste en un bloque metálico calentado por resistencias con un controlador dePIROMETROS OPTICOS: Un pirómetro óptico es un temperatura de precisión (± 2ºC) adecuado para aplicacionesinstrumento utilizado para medir la temperatura de un de alta temperatura (-25 a 1200ºC). El control de temperaturacuerpo. Funciona comparando el brillo de la luz emitida por la se realiza con aire comprimido, lo que permite reducir lafuente de calor con la de una fuente estándar.El pirómetro temperatura desde 1200º C a la ambiente en unos 10-15consta de dos partes: un telescopio y una caja de control. El minutos. En el calibrador hay orificios de inserción paratelescopio contiene un filtro para color rojo y una lámpara introducir un termopar patrón y la sonda de temperatura acon un filamento calibrado, sobre el cual la lente del objetivo comprobar. Pueden programarse las temperaturas y laenfoca una imagen del cuerpo cuya temperatura se va a pendiente de subida o bajada y comunicarse a un ordenador.medir. También contiene un interruptor para cerrar el circuitoeléctrico de la lámpara y una pantalla de absorción para CALIBRADOR DE BAÑO DE ARENA:consiste en un depósito decambiar el intervalo del pirómetro.Estetipo de pirómetro arena muy fina que contiene tubos de inserción para la sondaóptico mide una temperatura que alcanza los 2.400 ºF, pero de resistencia o el termopar patrón y para las sondas deexisten otros más complejos que pueden alcanzar los 10.000 temperatura a comprobar. La arena caliente es mantenida enºF (5.538 ºC) o más.Tambien existe otro tipo de pirómetro, suspensión por medio de una corriente de aire, asegurandollamado termoeléctrico, que funciona de forma satisfactoria así la distribución uniforme de temperaturas a lo largo de loshasta los 3.000 ºF (1.649 ºC). tubos de inserción.PIROMETROS INFRARROJOS: Los pirómetros infrarrojos están CALIBRADOR DE BAÑO DE LÍQUIDO: consiste en un tanqueespecialmente indicados para de acero inoxidable lleno de líquido, con un agitadoraplicaciones en las que no se pueden incorporado, un termómetro patrón sumergido y unutilizar los sensores convencionales. controlador de temperatura que actúa sobre un juego deEste es el caso de objetos en resistencias calefactoras y sobre un refrigerador mecánicomovimiento o lugares de medición dotado de una bobina de refrigeración. En algunos modelosdonde se requiere una medición sin no existe el refrigerador.El agitador mueve totalmente elcontacto debido a posibles líquido, disminuye los gradientes de temperatura en el senocontaminaciones u otras influencias del líquido y facilita una transferencia rápida de calor; elnegativas. termómetro patrón es de tipo laboratorio, con una gran precisión; el controlador de temperatura puede ser todo- nada, proporcional o proporcional más integral.
  6. 6. FLUIDOS EMPLEADOS PARA LOS BAÑOSHORNOS DE TEMPERATURA:son hornos de mufla calentadospor resistencias eléctricas y con tomas adecuadas paraintroducir los elementos primarios (termopar...) delinstrumento a comprobar.Si bien estos hornos son detemperatura controlada disponiendo de indicador-controlador, un termopar de precisión y de un juego deresistencias de calentamiento, una calibración muy precisa seconseguirá disponiendo en el interior del horno crisoles consales específicas que funden a temperaturas determinadas.

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