1. INSTRUMENTACION INDUSTRIAL
ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA
DEL CHIMBORAZO
FACULTAD DE MECANICA
ESCUELA DE MANTENIMIENTO
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL
PIROMETROS
NOMBRE: JOSE YUGCHA
RIOBAMBA _ECUADOR
Ingenieria de Mantenimiento
1

2. INSTRUMENTACION INDUSTRIAL
I. INTRODUCCION
En aplicaciones industriales es necesario por lo general medir la temperatura de un objeto
instrumento desde de una cierta distancia sin hacer contacto con el objeto, por ejemplo:
cuando el objeto esta en movimiento en una línea de ensamble, cuando está muy caliente,
cuando es inaccesible o en condiciones extremas.
Los diferentes controles llegan a formar parte de un sistema denominado sistema de control
de proceso.
El sistema de control de procesos se basa en la recepción de entradas de variables de
procesos, su procedimiento y comparación de unos valores predeterminados o valores de
referencia por el usuario, y posteriormente la corrección en el caso que se hubiera producido
alguna desviación respecto al valor de referencia de un cierto parámetro de proceso.
El sistema de control recurrirá a una serie de elementos que se repitiera en todo el proceso
como son:
Indicadores
Registradores
Controladores
Transmisores
Elementos finales
En este documento se va a tratar acerca de un sistema de control como son los controles, pero
con mayor profundidad de los pirómetros de radiación que nos ayuda al control de la
medición de la temperatura de un proceso de planta industrial.
Todos los cuerpos que están por encima del cero absoluto emiten radiación térmica en función
de la temperatura, la cantidad de radiación térmica depende del calor del cuerpo y de su
composición química.
El pirómetro es un instrumento de medición de temperatura capaz de medir la temperatura de
un cuerpo a partir de la radiación que emite. La característica principal de este instrumento es
que no necesita estar en contacto directo con la fuente de calor (cuerpo caliente) cuya
temperatura se desea medir. Por ello son útiles para medir temperaturas altas, objetos en
movimiento, permite medir en lugares difíciles para el acceso, áreas de altas presiones y
atreves de objetos transparentes, tiene un tiempo breve de respuesta , una alta sensibilidad
diferencial , en el mercado son de un costo moderado y su empleo requiere un cierto nivel de
experiencia y conocimientos.
Ingenieria de Mantenimiento
2

3. INSTRUMENTACION INDUSTRIAL
II. MARCO TEORICO
Instrumentos de control de temperatura
Durante la práctica de procesos que tiene lugar en una planta industrial exigen un control
periódico de estos procesos, esto se debe a que cada uno de los parámetros de operación
exige un control de procesos. Con el fin de garantizar el buen funcionamiento de los mismos,
la máxima eficiencia de los recursos implementados en la operación y la obtención de altos
niveles de calidad del producto final del proceso, por lo cual el sistema de control garantiza la
operación segura de la planta industrial y las pérdidas humanas.
La medición de la temperatura constituye unas de las mediciones más importantes y más
frecuentes que se lleva a cabo en los procesos durante la operación de una planta. De este
parámetro dependerá también el correcto funcionamiento y una buena la economía para la
planta industrial.
Los instrumentos de medida de temperatura utilizan diversos fenómenos físicos los cuales son:
• Variación de volumen (liquido, solido y gas)
• Variación de resistencia en un conductor (sondas de resistencia)
• Variación de resistencia en un semiconductor (termistores)
• Fuerza electromotriz producida en la unión de dos metales distintos (termopares)
• Intensidad de radiación emitida por un cuerpo (pirómetros)
• Otros fenómenos utilizados en el laboratorio (velocidad de sonido de un gas, frecuencia
de resonancia de un cristal y otros)
A continuación se va a tratar a cerca del instrumento de medida de temperatura de intensidad
de radiación emitida por un cuerpo caliente o llamado como pirómetro de radiación.
PIROMETROS DE RADIACION
Todos los cuerpos calientes emiten radiación conocida como radiación térmica que depende de
gran medida de su temperatura, la mayor parte de esta radiación no es invisible al ojo humano.
A su vez la intensidad de radiación emitida por el cuerpo depende de su forma y composición
química.
Los pirómetros son instrumentos llamados a realizar la medición de la temperatura sin contacto
con el cuerpo u objeto.
El fenómeno físico aprovechado para el funcionamiento del pirómetro está basado en la ley de
Stefan-Boltazma.
Ingenieria de Mantenimiento
3

4. INSTRUMENTACION INDUSTRIAL
Ley de Stefan-Boltazma.
Todo cuerpo a cualquier temperatura por encima del cero absoluto, radia energía térmica
como producto de su agitamiento atómico asociada con su temperatura.
Esta ley dice que:
La intensidad de energía radiante emitida por la superficie de un cuerpo aumenta
proporcionalmente a la cuarta potencia de su temperatura absoluta del mismo.
Por lo cual es la ley que relaciona la intensidad total irradiada con la temperatura del cuerpo.
W: energía emitida
K : constante de emisividad del cuerpo
: temperatura absoluta
También esta teoría dice que se puede obtener la temperatura de cuerpo caliente midiendo la
energía total que emiten las longitudes de onda como la onda de frecuencia modulada que se
produce al emitir energía radiante.
Además, es posible que la medición esta influida por la radiación de otros cuerpos adyacentes
y también por el hecho que toda la emisión pase atreves de los medios que pueden modificar la
medición.
Emisividad
Es la relación entre la radiación de la superficie del cuerpo con respecto a la radiación de un
cuerpo negro que se encuentra a la misma temperatura. A esta relación también se la
denomina coeficiente de emisión.
Si se tiene un bajo coeficiente de emisión la cantidad de energía reflejada será alta y al
contrario con un alto coeficiente de emisión la energía reflejada será baja.
Ingenieria de Mantenimiento
4

5. INSTRUMENTACION INDUSTRIAL
Cada cuerpo o sustancia tiene un valor diferente de emisividad, y estos valores de emisividad
se encuentran en diferentes tablas con su valor respectivo.
Cuerpo negro
Es aquel cuerpo que absorbe toda la radiación que incide en él y no reflejara ninguna, posee
una emisividad igual a 1, emite la máxima energía radiante y son conocidos como cuerpos
ideales.
• No reflejan nada de energía que le llega.
• Emite energía y en equilibrio será iguala a la que le llega.
Cuerpos opacos
Los cuerpos cuyo coeficiente de emisividad es menor a uno.
• Son cuerpos que no trasmite casi nada de la radiación en ocasiones no lo atraviesa,
por ejemplo:
Un vidrio común es opaco al infrarrojo.
Cuerpo gris
Un cuerpo gris es aquel que tiene una misma emisividad para toda longitud de onda modulada
con respecto del cuerpo negro.
• Un cuerpo no gris tiene variaciones de la emisividad con la longitud de
onda.
Ejemplo el aluminio.
OPERACIÓN DEL PIROMETRO DE RADIACION
El sistema óptico del pirómetro de radiación recolecta parte de la radiación proveniente de la
superficie caliente del cuerpo y la dirige al detector, el cual convierte en una señal eléctrica. El
circuito electrónico en el interior del pirómetro de radiación convierte la señal eléctrica a una
correspondiente temperatura de la superficie del cuerpo caliente.
Ingenieria de Mantenimiento
5

6. INSTRUMENTACION INDUSTRIAL
TIPOS DE PIROMETROS DE RADIACION
Los tipos pirómetros son de acuerdo a su principio de medición y estos son:
Pirómetros de radiación parcial o pirómetros ópticos
Pirómetros de radiación total
Pirómetros de radiación parcial o pirómetros ópticos
Son instrumentos que miden la temperatura de un cuerpo en función de la radiación luminosa
que el cuerpo que lo emite.
Se basa en el hecho de comprobar visualmente de la luminosidad del cuerpo radiante con el
filamento de una lámpara incandescente. Para ello se superponen ambas ondas luminosas (la
del cuerpo caliente y la de la lámpara incandescente), se varía y regula la corriente eléctrica
de la lámpara hasta que deje de ser apreciable a la vista humana.
La variación de la corriente nos da un valor de la temperatura absoluta, pero hay que calibrar
la luminosidad de la lámpara previamente por medio de un reóstato exterior.
Principio de funcionamiento de los pirómetros ópticos
Ingenieria de Mantenimiento
6

7. INSTRUMENTACION INDUSTRIAL
El ojo ve simultáneamente en foco del horno y el filamento se varía corriente hasta que
coincida.
Los pirómetros ópticos se clasifican en:
Pirómetros ópticos manuales.-se basan en la desaparición del filamento de una
lámpara al compararlo visualmente con la imagen del cuerpo caliente enfocado. Puede
ser de dos tipos:
De corriente variable en la lámpara y de corriente constante en la lámpara de variación del brillo
de la imagen de la fuente.
Pirómetros ópticos automáticos.- consisten en un disco rotativo que modula
desfasadas las radiaciones del objeto y de una lámpara de referencia incandescente
que incide en un foto tubo multiplicador, este envía una señal de salida en forma de
onda cuadrada de impulsos de corriente continua que convenientemente accionada
modifica la corriente de alimentación de la lámpara de referencia hasta que coincida en
brillo la radiación del cuerpo caliente y la de la lámpara de referencia incandescente. En
este momento, la intensidad de corriente que pasa por la lámpara está en función de la
temperatura.
Pirómetros de radiación total
Es un instrumento que mide la temperatura captando toda o una gran parte de radiación
emitida por el cuerpo caliente.
Los pirómetros de radiación fueron introducidos en 1902 y desde entonces se fueron
introduciendo diversas formas. El medio de enfocar la radiación que le llega puede ser un lente
o un espejo cóncavo de pyrex, sílice fundida o fluoruro de calcio. Determinan la temperatura de
una superficie en base a la ley de Stefan-Boltzama.
Para obtener una medida precisa de la temperatura es necesario ajustar las observaciones y
calibrar de manera correcta el instrumento utilizado. Además calcular f.e.m real mediante la
fórmula.
Ingenieria de Mantenimiento
7

8. INSTRUMENTACION INDUSTRIAL
La relación entre la f.e.m generada y la temperatura del cuerpo es independiente de la distancia
entre el cuerpo y el lente cóncavo siempre que la imagen de la superficie del cuerpo emisor de
la radiación cubra totalmente la unión caliente de la termopila.
El fabricante normaliza la relación entre las dimensiones de la distancia del lente al cuerpo
caliente, para garantizar una correcta medición.
Características de los pirómetros radiación total
• Estos pirómetros son de tipo térmico.
• La energía radiante que reciben son considerables y generan una tensión en milivoltios.
• La variación de la temperatura de la caja del pirómetro son compensadas por una
resistencia montada en paralelo con la termopila.
Inconveniente
Para eliminar radiaciones perturbadoras de energía radiada o absorbida por otros elementos
adyacentes presente se usan lentes y filtros.
Principio de funcionamiento de los pirómetros de radiación total
Los lentes ópticos más utilizados para la medición de la temperatura son:
Lente de pyrex
Lente de sílice fundida
Lente de fluoruro de calcio
Cada uno de estos lentes tiene sus respectivas tablas de escalas de temperatura y milivoltajes.
Ingenieria de Mantenimiento
8

9. INSTRUMENTACION INDUSTRIAL
Pirómetros de dos colores
Es un pirómetro con dos detectores similares, pero cada uno recibe la radiación en una longitud
de onda diferente debido a que tiene diferentes filtros.
La relación entre las dos señales permite calcular la temperatura absoluta del objeto sin
necesidad de introducir el factor de emisividad.
Los pirómetros infrarrojos
Estos pirómetros son especialmente para aplicaciones en las que no se pueden utilizar los
sensores convencionales.
III. FACTORES QUE AFECTAN LA MEDICION DE LA TEMPERATURA
EN LOS PIROMETROS
Dentro de los principales problemas que afectan el desempeño de los pirómetros son:
Se tratara primero la relación entre los coeficientes de emisión.
Relación entre los coeficientes ópticos del cuerpo.
Objetos transparentes.
Error de emisividad.
Reflexión de la radiación del entorno del cuerpo.
Interferencia del campo de visión.
Para medir objetos que se mueven, es preferible es usar un pirómetro cuyo tiempo de
respuesta sea rápida.
IV. VENTAJAS DE LOS PIROMETROS
Cuando no se puede utilizar termopares.
Se utiliza cuando el área para la medición esta en movimiento.
Ingenieria de Mantenimiento
9

10. INSTRUMENTACION INDUSTRIAL
Es un método que no necesita un contacto directo con el cuerpo caliente u objeto.
Su funcionamiento no es muy complicado.
Se utiliza cuando se necesita una gran velocidad de respuesta a los cambios de
temperatura.
Se puede medir la temperatura de un cuerpo a una cierta distancia en relación cuerpo e
instrumento.
V. DESVENTAJAS DE LOS PIROMETROS
Se necesita corregir la medida por el factor de emisividad del cuerpo medido.
Tiene un obstáculo físico cuando existe la presencia de humo, polvo y vapor.
Existe la absorción por otros gases en el campo de visión para la medición.
Este instrumento se necesita de conocimientos previos para el adecuado manejo y su
costo es elevado.
VI. APLICACIONES DE LOS PIROMETROS
Estos pirómetros han sido desarrollados para desempeñarse en tareas de control y
muestreo en varias industrial.
En la industria del vidrio.
En la industria alimenticia.
En la fábrica de prensado.
En la fábrica de fraguas.
En las soldaduras.
Y otras aplicaciones industriales de control y medición.
Elemento sensor Campo de Precisión Inconvenientes
aplicación
Pirómetros ópticos +50,2˚C - + 6000˚C 0,5% Elevado precio.
Difícil determinar su
temperatura
absoluta.
Pirómetros de +50,2˚C - + 6000˚C 0,5% Elevado precio.
radiación total Difícil determinar su
temperatura
absoluta y
Lentitud de
respuesta.
VII. BIBLIOGRAFIA
• OIML D 24 (1996). Total radiation pyrometers. OIML International Organization of Legal
Metrology. Paris, Francia.
• Ernest o Doebelin Department of Mechanical Engineering The Ohios State University
Ingenieria de Mantenimiento
10