MEDICIÓN DE LA TEMPERATURA   POR CONTACTO DIRECTO
 En la mayoría de las aplicaciones      industriales, las temperaturas seregistran, directamente, desde dentro de un     ...
 La temperatura es una medida de la energía cinética  media y en donde sus moléculas se encuentran  dentro de un sistema,...
 Una escala de temperatura debe cubrir todo el  rango de temperaturas que se espera dentro de  un sistema. La Escala Inte...
        En la práctica industrial, el contacto con sensores de    temperatura eléctricos - sobre todo de los termopares y...
Termopares En un circuito eléctrico formado por dos conductores de metal de diferente tipo, una corriente se genera cuand...
 La señal producida por el termopar es proporcional a   la diferencia de temperaturas entre la junta de los  dos metales ...
 La señal producida por el  termopar es  proporcional sólo a la  diferencia de  temperatura entre el  punto de medición y...
LOS TERMOPARES MÁS COMUNES ESTÁN    CLASIFICADOS EN DOS CATEGORÍAS:   TERMOPARES DE METALES PRECIOSOS(TIPOS S, R Y B) Y TE...
TIPO S: SE USAN EN ALTAS TEMPERATURAS EN LA INDUSTRIA, ASÍCOMO EN FORMA DE PATRONES PRIMARIOS DE CALIBRACIÓN (POREJEMPLO, ...
Termopares de metales comunes (K,J,E,N, T):Contienen en su ánodo y cátodo metalescomunes tales como cobre, níquel,hierro o...
Tipo E: sensibles a muy bajas temperaturas, son prácticos enaplicaciones criogénicas. El termopozo es necesario enatmosfer...
 Tipo T: uno de los termopares más viejos para medición de  temperaturas bajas. Puede servir en vacío, atmosferas  oxidan...
Comparativa de la relación entre la α (µV/ºC), o coeficiente deSeebeck, con la temperatura, para algunos tipos de termopar...
Precauciones Problemas de conexión Son la causa de la mayoría de los errores  de medición. Se debe usar el tipo correct...
Resistencia de la guía Para minimizar la desviación térmica y mejorar los  tiempos de respuesta, los termopares están  in...
Descalibración La descalibración es el proceso de alterar  accidentalmente la conformación del cable del  termopar. La ca...
Ruido La salida de un termopar es una pequeña  señal, así que es susceptible de error por ruido  eléctrico. La mayoría de...
RTD   El RTD es un detector de temperatura     resistivo de resistencia variable a la    temperatura, lo que permite dar u...
Los materiales empleados deben poseer una granresistividad para que el sensor tenga elcomportamiento lineal que buscamos a...
Tipos de construcciónExisten sensores RTD de dos tipos según suconstrucción: Bobinado Laminado
Bobinado El bobinado presenta el material sensible enrollado en forma de hélice, lo que permite su contracción y dilataci...
Laminado El laminado está compuesto por láminas de  cristal colocadas encima de los cables estirados y  del puente de Whe...
Tipos de estructura Bifilar (2 cables) Trifilar (3 cables) Cuatrifilar (4 cables)
UsosLa aplicación más inmediata de los RTDses, como ya sabemos, la medida detemperatura. Los sensores de temperaturaresist...
Protecciones de sensores de            temperatura Los sensores de temperatura        son colocados  típicamente dentro d...
 Los Termopozos tienen                  que:1. Colocar la punta del sensor  sensible a la temperatura  en el proceso.1. P...
 Los ingenieros tienden a preferir termopozos  metálicos, ya que aseguran un absoluto sello  contra el medio del proceso ...
 Los termopozos diseñados específicamente han  sido desarrollados para aplicaciones tales como:      Medición de gas cal...
 Fundición y baños de sal Alimentación y la fabricación de productos  farmacéuticos temperaturas de la superficie Vivi...
Respuesta dinámica de los      sensores de temperatura Cuando la temperatura de los medios medidos  cambia, el sensor rea...
 La respuesta dinámica depende de:1. El diseño del sensor de temperatura   (tamaño, peso, material, y la construcción   i...
 Los sensores más pequeños y termopozos  proporcionan una respuesta más rápida, pero el  tamaño debe equilibrarse con las...
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Medicion de la temperatura por contacto directo

  1. 1. MEDICIÓN DE LA TEMPERATURA POR CONTACTO DIRECTO
  2. 2.  En la mayoría de las aplicaciones industriales, las temperaturas seregistran, directamente, desde dentro de un medio de proceso. Debido a que las mediciones se realizan en una amplia variedad de medios, técnicas y dispositivosapropiados deben ser empleados para cada proceso en específico.
  3. 3.  La temperatura es una medida de la energía cinética media y en donde sus moléculas se encuentran dentro de un sistema, que está directamente relacionado con el contenido de calor de la energía. Un objeto no tendrá ningún contenido de calor cuando sus moléculas hayan perdido toda su energía cinética y estén completamente en reposo. Esto sucede a una temperatura de cero absoluto, que se define como 0 en la escala Kelvin (0 K).
  4. 4.  Una escala de temperatura debe cubrir todo el rango de temperaturas que se espera dentro de un sistema. La Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90) define una forma amplia de 0,65 K por encima de 3.000 K. Esta escala se basa en puntos fijos que corresponden a la fase de equilibrio de sustancias extremadamente puras - el punto triple del agua (0,01 º C), del punto triple del hidrógeno (- 269.3467 ° C), y el punto de fusión del aluminio (660.323 º C). Las temperaturas entre puntos se obtienen mediante interpolación.
  5. 5.  En la práctica industrial, el contacto con sensores de temperatura eléctricos - sobre todo de los termopares y de los detectores de temperatura por resistencia - dominan en aplicaciones de medición y control. Los termopares y los detectores de temperatura de resistencia funcionan transformando una diferencia de medida de temperatura en una señal eléctrica en bruto, donde un transmisor de campo luego lo convierte a un valor estándar, tal como una señal de 4 a 20 mA analógica o a una salida digital correspondiente. Los termopares son más resistentes que los detectores de temperatura por y suelen ser menos costosos. Detectores de temperatura de resistencia, por otra parte, son más precisos y pueden ser equipados con un mejor protector.
  6. 6. Termopares En un circuito eléctrico formado por dos conductores de metal de diferente tipo, una corriente se genera cuando los puntos de contacto de los conductores están a diferentes temperaturas. Esta corriente térmica resulta de un pequeño voltaje que es proporcional a la diferencia de temperatura entre los extremos frío y caliente. A esto se le llama efecto Seebeek.
  7. 7.  La señal producida por el termopar es proporcional a la diferencia de temperaturas entre la junta de los dos metales (punta caliente) y los extremos abiertos de los cables. Para que se compensara la temperatura ambiente y obtener una lectura absoluta de la temperatura (en vez de una diferencia de temperaturas), la temperatura en los extremos abiertos debería mantenerse constante, lo que es impráctico, o ser medida con un dispositivo de temperatura extremadamente preciso, como el termómetro de resistencia de platino. Esta última lectura entonces se convierte en el punto de referencia para la medición (punta fria).
  8. 8.  La señal producida por el termopar es proporcional sólo a la diferencia de temperatura entre el punto de medición y el punto de referencia. Las variaciones en la temperatura por encima de la longitud del termopar no tienen efecto en el producto.
  9. 9. LOS TERMOPARES MÁS COMUNES ESTÁN CLASIFICADOS EN DOS CATEGORÍAS: TERMOPARES DE METALES PRECIOSOS(TIPOS S, R Y B) Y TERMOPARES DE METALES BÁSICOS (TIPOS E, J, K, N, Y T). Termopares de metales preciosos (S,R,B): Son los mas costosos porque se componen de metales nobles o preciosos, más escasos en la naturaleza, como el rodio o, especialmente, el platino. Características: • Notable resistencia y estabilidad. • Se usan en muy altas temperaturas (de hasta más de 1300ªC), porque proporcionan señales más débiles (Como máximo proporcionan tensiones de unos 20 mV), y de poseer bajas sensibilidades, especialmente a temperaturas muy bajas (de unas pocas décimas de ºC) o muy elevadas (1200ºC- 1300ºC aprox.).
  10. 10. TIPO S: SE USAN EN ALTAS TEMPERATURAS EN LA INDUSTRIA, ASÍCOMO EN FORMA DE PATRONES PRIMARIOS DE CALIBRACIÓN (POREJEMPLO, PARA LA CALIBRACIÓN UNIVERSAL DEL PUNTO DE FUSIÓNDEL ORO, A 1064,43 ºC). PARA TEMPERATURAS A PARTIR DE1400ºC, SUFREN LA APARICIÓN DE PLATINO).GRANULACIONES QUE LOS HACEN MÁS FRÁGILES (PROTECCIÓN CONTUBOS DETIPO R: RESISTENTES Y ESTABLES A ALTAS TEMPERATURAS ALCONTENER PLATINO, ASÍ COMO DE ELEVADA VELOCIDAD DEREACCIÓN. SU ELEVADO COSTO Y SU BAJA RESOLUCIÓN YSENSIBILIDAD DE MEDIDA SON SUS PUNTOS NEGATIVOS. APTO PARASU USO EN ENTORNOS OXIDANTES, AUNQUE SE DETERIORAFÁCILMENTE EN ENTORNOS REDUCTORES. PROPORCIONA FEM DEENTRE -0,226 MV Y 21,701 MV.TIPO B: OFRECE ESTABILIDAD MEJORADA, AUMENTO DE LARESISTENCIA (FUERZA MECÁNICA INCREMENTADA) Y CAPACIDADESDE MAYOR TEMPERATURA AUNQUE DE BAJA SENSIBILIDAD YRESOLUCIÓN SOBRE TODO EN TEMPERATURAS MUY BAJASPROPORCIONAN PRÁCTICAMENTE LAS MISMAS LECTURAS DE FEM.
  11. 11. Termopares de metales comunes (K,J,E,N, T):Contienen en su ánodo y cátodo metalescomunes tales como cobre, níquel,hierro o aluminio.Características: Tienen rangos de temperatura bastante amplios y una sensibilidad significante. Las señales que proporcionan son mayores que para termopares de otras categorías . Son mas baratos.Tipo J: De uso más común. En temperaturas altas, la velocidadde oxidación de ambos conductores incrementa rápidamente.Puede ser usado en el vacío, en atmosferas oxidantes,reductoras o inertes (fem -8,096 mV y 42,919 mV).
  12. 12. Tipo E: sensibles a muy bajas temperaturas, son prácticos enaplicaciones criogénicas. El termopozo es necesario enatmosferas reductoras y entornos que contiene azufre (fem -9,835 mV y 76,373 mV).Tipo K: es usado para temperaturas intermedias y mejoresresistencias de oxidación que los tipos J y E. Es usado enmúltiples aplicaciones en temperaturas cerca de 500 C (932 F).Arriba de los 750 C la velocidad de oxidación incrementa (fem -8,096 mV y 42,919 mV.).Tipo N: El más reciente termopar estándar, el Tipo N ofrecemejor estabilidad termoeléctrica por encima de 870 C (1,598 F) y menos probable que se oxide que los Tipos J, K y E. mejorse adapta a las aplicaciones con oxidación, humedad, o conatmosferas inertes .
  13. 13.  Tipo T: uno de los termopares más viejos para medición de temperaturas bajas. Puede servir en vacío, atmosferas oxidantes, reductoras o inertes. No es recomendado su uso dentro de entornos que contienen hidrogeno por encima de 370 C (698 F) sin termopozo (fem -9,835 mV y 76,373 mV). Curvas de entrada/salida para diferentes tipos de termopares.
  14. 14. Comparativa de la relación entre la α (µV/ºC), o coeficiente deSeebeck, con la temperatura, para algunos tipos de termopares.Nótese, por ejemplo, cómo, para el termopar K, dichocoeficiente se mantiene en los 40-41 µV/ºC hasta los 1000ºCaproximadamente, lo que da una relación aproximadamentelineal (recta) entre ΔV y T en ese rango térmico.
  15. 15. Precauciones Problemas de conexión Son la causa de la mayoría de los errores de medición. Se debe usar el tipo correcto del cable de extensión. Cualquiera que sea el conector empleado debe estar hecho del material termopar correcto y su polaridad debe ser la adecuada.
  16. 16. Resistencia de la guía Para minimizar la desviación térmica y mejorar los tiempos de respuesta, los termopares están integrados con delgados cables. Esto puede causar que los termopares tengan una alta resistencia, la cual puede hacer que sea sensible al ruido y también puede causar errores debidos a la resistencia del instrumento de medición. Si se necesitan termopares con delgadas guías o largos cables, conviene mantener las guías cortas y entonces usar el cable de extensión, el cual es más grueso, (lo que significa una menor resistencia) ubicado entre el termopar y el instrumento de medición. Se recomienda medir la resistencia del termopar antes de utilizarlo.
  17. 17. Descalibración La descalibración es el proceso de alterar accidentalmente la conformación del cable del termopar. La causa más común es la difusión de partículas atmosféricas en el metal a los extremos de la temperatura de operación. Otras causas son las impurezas y los químicos del aislante difundiéndose en el cable del termopar. Hay que tener en cuenta que uno de los criterios para calibrar un instrumento de medición, es que el patrón debe ser por lo menos 10 veces más preciso que el instrumento a calibrar.
  18. 18. Ruido La salida de un termopar es una pequeña señal, así que es susceptible de error por ruido eléctrico. La mayoría de los instrumentos de medición rechazan cualquier modo de ruido (señales que están en el mismo cable o en ambos) así que el ruido puede ser minimizado al retorcer los cables para asegurarse que ambos recogen la misma señal de ruido. Si se opera en un ambiente extremadamente ruidoso, como cerca de un motor, es necesario considerar usar un cable de extensión protegido.
  19. 19. RTD El RTD es un detector de temperatura resistivo de resistencia variable a la temperatura, lo que permite dar una medida de la temperatura conociendo el valor de la resistencia. El sensor de temperatura RTD es capaz devariar su resistencia a medida que cambia la temperatura.
  20. 20. Los materiales empleados deben poseer una granresistividad para que el sensor tenga elcomportamiento lineal que buscamos además de teneruna gran sensibilidad.Usualmente se utilizan como materiales el platino, elníquel y el cobre. En la siguiente tabla se muestran suscaracterísticas:
  21. 21. Tipos de construcciónExisten sensores RTD de dos tipos según suconstrucción: Bobinado Laminado
  22. 22. Bobinado El bobinado presenta el material sensible enrollado en forma de hélice, lo que permite su contracción y dilatación. Está protegido en una cápsula cilíndrica y su precio es más elevado, pero presenta una mucha mayor estabilidad respecto al laminado.
  23. 23. Laminado El laminado está compuesto por láminas de cristal colocadas encima de los cables estirados y del puente de Wheastone para protegerlos de las acciones que puedan dañar el comportamiento del sensor como abrasión, vibraciones, ataques químicos, variaciones bruscas de presión, etc. La ventaja de este tipo de sensor es su menor coste, pues al tener menor longitud del material de medida (platino, níquel, etc) el precio se reduce.
  24. 24. Tipos de estructura Bifilar (2 cables) Trifilar (3 cables) Cuatrifilar (4 cables)
  25. 25. UsosLa aplicación más inmediata de los RTDses, como ya sabemos, la medida detemperatura. Los sensores de temperaturaresistivos de laminado compuestos por platino(la gran mayoría) se han aplicado en múltiplescasos individuales, en automóviles, enelectrodomésticos y en edificios.
  26. 26. Protecciones de sensores de temperatura Los sensores de temperatura son colocados típicamente dentro de termopozos protectores. Incrementa la vida del sensor bajo condiciones adversas y facilita un rápido intercambio sensorial sin interrumpir el proceso.
  27. 27.  Los Termopozos tienen que:1. Colocar la punta del sensor sensible a la temperatura en el proceso.1. Protege el sensor2. Sellar el área del proceso del ambiente para prevenir fugas.
  28. 28.  Los ingenieros tienden a preferir termopozos metálicos, ya que aseguran un absoluto sello contra el medio del proceso y la presión del proceso. Los termopozos cerámicos pueden ser necesitados para temperaturas muy altas o cuando en condiciones de las operaciones excluyen al metal. Por su naturaleza quebradiza, los termopozos requieren un manejo delicado—un solo impacto podría llevar a su destrucción. En instalaciones críticas, una segunda barrera puede ser necesaria para prevenir el escape de materiales peligrosos por el daño al termopozo cerámico.
  29. 29.  Los termopozos diseñados específicamente han sido desarrollados para aplicaciones tales como:  Medición de gas caliente en el horno  Reactores que operan a presiones y temperaturas elevadas  Conducciones por donde circulan gases con cargas de partículas de alta temperatura  Canales de gas de combustión
  30. 30.  Fundición y baños de sal Alimentación y la fabricación de productos farmacéuticos temperaturas de la superficie Vivienda y la pared temperaturas cojinetes de la bomba
  31. 31. Respuesta dinámica de los sensores de temperatura Cuando la temperatura de los medios medidos cambia, el sensor reacciona, y su señal de salida Cuando la señal de salida ya no indica cambios medidos, el sensor ha alcanzado el equilibrio con la temperatura de los nuevos medios. La comprensión de la respuesta dinámica de los sensores, o constante de tiempo, es importante en la medición de los procesos con temperaturas que cambian rápidamente y para los sensores que operan en los lazos de control.
  32. 32.  La respuesta dinámica depende de:1. El diseño del sensor de temperatura (tamaño, peso, material, y la construcción interna)2. El medio sometido a medición (capacidad calorifica, coeficiente de transferencia de calor, velocidad de flujo)3. Parámetros de instalación
  33. 33.  Los sensores más pequeños y termopozos proporcionan una respuesta más rápida, pero el tamaño debe equilibrarse con las condiciones que el sensor y el termopozo deben soportar. La falla por fatiga debido a la vibración es un desafío al medir corrientes de alta velocidad y al usar elementos sin protección. Además. Sin un termopozo, el elemento de temperatura no se puede cambiar mientras el proceso está en funcionamiento.

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