Medici__n_de_temperatura.pptx.pdf

1. Medición de
Temperatura
Sensores transductores y
actuadores

2. Objetivos
• Describir las características de los
sensores de temperatura utilizados en
la industria
• Analizar las ventajas y desventajas de
los sensores de temperatura
• Describir las aplicaciones de los
sensores de
temperatura

3. Medición de temperatura

4. Instrumentos para medir la
temperatura
1. Termómetros de vidrio
2. Termómetros bimetálicos
3. Elementos primarios de bulbo y capilar
rellenos de líquidos, gas o vapor
4. Detectores de temperatura
resistivos(RTD)
5. Termocuplas
6. Pirómetros de radiación

5. Tipos de instrumentos
Termómetro de vidrioTermómetro bimetálico RTD

6. Tipos de instrumentos
Termocupla Pirómetros de radiación
Termistor
Termómetro de dilatación

7. 1. Termómetros de vidrio
El termómetro de vidrio consta de un depósito
de vidrio que contiene un fluido que al
calentarse, se expande dentro del tubo capilar.
Bulbo Tubo
Escala auxiliar Escala principal
Cámara de contracción Cámara de expansión

8. 1. Termómetros de vidrio
Los rangos de medición de los fluidos empleados son:
Fluido Rango de medición
Mercurio -35°C hasta 280°C
Mercurio(tubo capilar lleno de gas) -35°C hasta 450°C
Pentano -200°C hasta 20°C
Alcohol -110°C hasta 50°C
Tolueno -70°C hasta 100°C
Exactitud
Común: 0,5 a 3%
Patrón: 0,1 a 0,5%

9. 2. Termómetros bimetálicos
Los termómetros bimetálicos están
formados por dos metales con distintos
coeficientes de dilatación, tales como latón,
monel o acero y una aleación de ferroníquel
o Invar (35,5% de níquel) laminados
conjuntamente. Las láminas bimetálicas
pueden ser rectas o curvas, formando
espirales o hélices
Exactitud: ±1%
Rango de medición: -200°C a
500°C

10. 2. Termómetros bimetálicos
Eje giratorio
Extremo fijo
Bulbo
Extremo libre
conectado al eje
del indicador
Extremo libre
Extremo fijo
Alto coeficiente
de dilatación
Bajo coeficiente
de dilatación
Extremo fijo
Extremo libre

11. 3. Termómetros de bulbo y
capilar
Los termómetros tipo bulbo y capilar
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 expande y la
espiral tiende a desenrollarse, moviendo la
aguja sobre la escala para indicar la
variación de la temperatura en el bulbo.

12. Clases de termómetros de
bulbo y capilar
• Clase I. Termómetros actuados por
líquidos inertes
Rango: -75°C a 300°C
• Clase II. Termómetros actuados por vapor
Rango: -40°C a 300°C
• Clase III. Termómetros actuados por gas
Rango: -80°C a 600°C
• Clase IV. Termómetros actuados por
mercurio
Rango: -40°C a 650°C

13. Termómetros actuados por
liquido
Espiral Bimetal
Con compensación en la caja
Espiral de
medida
Espiral de
compensación
Extremo
cerrado
Tubo
capilar
Con compensación total (tubo
capilar+ caja)

14. Termómetros actuados por
vapor
Sistema térmico clase IIA
Vapor
Escala
Liquido
volátil
Sistema térmico clase IIB
Liquido
volátil
Vapor
Escala

15. Termómetros actuados por
vapor
Sistema térmico clase IIC
Temperatura del
bulbo es menor
que la temperatura
del resto del
sistema
Vapor Vapor
Escala
Temperatura del
bulbo es mayor
que la temperatura
del resto del
sistema
Sistema térmico clase IID
Escala
Liquido
no
volátil Vapor
Liquido
volátil

16. 4. Detectores de temperatura
resistivos
La medida de temperatura utilizando sondas
de resistencia depende de la variación de
resistencia en función de la temperatura,
que es propia del elemento de detección.

17. Relación entre la resistencia y la
temperatura del RTD
��= �� (� +� � )
Resistencia en Ohmios a T°C
Resistencia en Ohmios a 0°C
coeficiente de temperatura del elemento de
detección ()
�=
�� − ��
� × ��
�=
�� − ��
� × ��

18. Sonda de resistencia de Pt100
��=��� (�+�� )
Resistencia en Ohmios a T°C
Ohmios a 0°C
(Norma IPTS-68)
IPTS: Escala Práctica de Temperaturas
Internacionales
Pt:
Platino
: Temperatura en °C

19. Clases de Pt100
Norma Americana ASTM E1137
• Clase A: tolerancia=°C
• Clase B: tolerancia=°C
Norma Europea DIN IEC 751
• Clase A: tolerancia=°C
• Clase B: tolerancia=°C
: valor absoluto de la temperatura en °C

20. Tabla del Pt100
Si R= 128,601 ohmios entonces
T=70+4=74°C
Nota:
• Para Pt500 (500 ohmios a 0 °C): multiplicar
la resistencia por 5
• Para Pt1000 (1000 ohmios a 0 °C)
multiplicar la resistencia por 10

21. Tabla del Pt100
Si R= 61,823 ohmios entonces T=-90-
6=-96°C

22. Medición de la temperatura con
un Pt100
Indicador de
temperatura
T 20°C
1Ω
1Ω
1Ω
conductor
conductor
Pt100
La resistencia del Pt100 a una temperatura de 20°C es, según la tabla: 107,793Ω
La resistencia que mide el indicador de temperatura es : Ω
El indicador de temperatura muestra una temperatura de:
El error en la medición es de: 25,44-20=5,44°C

23. Tipos de puente Wheatstone
con Pt100
1) Pt100 de 2 hilos 2) Pt100 de 3 hilos
3) Pt100 de 4 hilos

24. Pt-100 con termopozo

25. Curva característica del Pt100

26. Recomendaciones
En el momento de comprar un Pt100 se
debe tener presente que existen distintas
calidades y precios para el elemento
sensor que va en el extremo
del Pt100. Los de mejor calidad están
hechos con un verdadero alambre de
platino y los más económicos están
hechos en base a una pintura conductora
sobre un sustrato de aluminio, estos son
menos precisos.
En general no se debe montar un Pt100
en lugares sometidos a mucha vibración ,

27. 5. Termistores
Los termistores son semiconductores
electrónicos con un coeficiente de
temperatura de resistencia negativo de
valor elevado, presentan grandes cambios
de resistencia para pequeños cambios de
temperatura.

28. Fabricación de los
termistores
Los termistores se fabrican con óxidos de
níquel, manganeso, hierro, cobalto, cobre,
magnesio, titanio y otros metales, y están
encapsulados en sondas y en discos.

29. Tipos de Termistores
• PTC: coeficiente de temperatura
positivo
El valor de la resistencia aumenta
conforme aumenta la temperatura
• NTC: coeficiente de temperatura
negativo
El valor de la resistencia disminuye
conforme aumenta la temperatura

30. Relación entre la resistencia y la
temperatura del termistor
R: resistencia en ohmios del termistor a
T°K
R0: resistencia en ohmios del termistor a
T0°K
T0: Temperatura de referencia ( °K )
β: Constante de calibración que depende
del material del termistor, su valor está
entre 3000°K y 5000°K

31. Ventajas de un termistor
Las principales ventajas de un termistor
son:
- Alta sensibilidad
- Alta precisión (+/-0.02°C)
- Pequeño tamaño
- Bajo tiempo de respuesta( baja inercia
térmica)
- Estabilidad y repetibilidad a largo
plazo

32. Tabla del termistor

33. Curva característica del
termistor NTC

34. Curva característica del
termistor PTC

35. 6. Termocupla
Es el sensor de temperatura más
utilizado en la industria. Está formada
por dos alambres de distinto material
unidos en un extremo soldados
generalmente. Al aplicar temperatura
en la unión de los metales se genera un
voltaje muy pequeño del orden de los
mV el cual aumenta con la temperatura.
Su sensibilidad es del orden de 10 a 50
uV/ºC.

36. Termocupla
Por ejemplo, una termocupla "tipo J"
está hecha con un alambre de hierro y
otro de constantan (aleación de cobre y
níquel)
Al colocar la unión de estos metales a
750°C, debe aparecer en los extremos
42.2 mV

37. Termocupla J
fecto Seebeck: f.e.m. → f ( T )
Hierro(Fe)
Constantan(cobre -níquel)
+
-
VM =42.2 mV
Unión a 750°C
Punto caliente (T)
Punto frio (TF)
��=�� −��
onociendo con la tabla de la termocupla, se halla
ego calculamos .
ono la tabla de la termocupla, se halla T

38. Tipos de termocuplas
Existen varios tipos de termocuplas,
pero casi el 90% de las termocuplas
utilizadas son del tipo J o del tipo K.

39. Termocuplas J y K
Las termocuplas tipo J se usan
principalmente en la industria del
plástico, goma (extrusión e inyección ) y
fundición de metales a bajas
temperaturas (Zamac, Aluminio).
Las termocupla K se usan en fundición
y hornos a temperaturas menores de
1300 °C, por ejemplo fundición de cobre
y hornos de tratamientos térmicos.

40. Termocuplas R, S, T y B
Las termocuplas R, S y B se usan casi
exclusivamente en la industria
siderúrgica (fundición de acero)
Las termocupla tipo T eran usadas hace
algún tiempo en la industria de
alimentos, pero han sido desplazadas
en esta aplicación por los Pt100

41. Terminales de las
termocuplas

42. Características de las
termocuplas
Termocupla J
Terminal positivo: hierro
Terminal negativo: cobre/níquel
Rango: -180 a 750°C
Tensión máxima: 42mV
Exactitud: 0.5%

43. Características de las
termocuplas
Termocupla K
Terminal positivo: níquel/cromo
Terminal negativo: níquel/aluminio
Rango: -180 a 1372°C
Tensión máxima: 54.8mV
Exactitud: 1%

44. Características de las
termocuplas
Termocupla T
Terminal positivo: cobre
Terminal negativo: cobre/níquel
Rango: -250 a 400°C
Tensión máxima: 20.8mV
Exactitud: 2%

45. Características de las
termocuplas
Termocupla R
Terminal positivo: 87% platino y 13%
rodio
Terminal negativo: 100% platino
Rango: 0 a 1767°C
Tensión máxima: 21.09mV
Exactitud: 0.5%

46. Características de las
termocuplas
Termocupla S
Terminal positivo: 90% platino y 10%
rodio
Terminal negativo: 100% platino
Rango: 0 a 1767°C
Tensión máxima: 18.68mV
Exactitud: 0.5%

47. Características de las
termocuplas
Termocupla B
Terminal positivo: 70% platino y 30%
rodio
Terminal negativo: 100% platino
Rango: 0 a 1820°C
Tensión máxima: 13.814mV
Exactitud: 0.5%

48. Tabla de termocupla J
Considerando que el punto frio esta a
0°C
Si V= -2,617 mV entonces T=-50-4=-
54°C

49. Tabla de termocupla J
Considerando que el punto frio esta a
0°C
Si V= 3,543mV entonces T=60+8=68°C

50. Tabla de termocupla J
Considerando que el punto frio esta a 20°C
(1,019mV) y la tensión en los terminales de
la termocupla es 2,4mV
Entonces el voltaje a la temperatura T es
1,019+2,4=

51. Curvas características de las
termocuplas

52. Conexión de Termocuplas
Medición diferencial de
temperatura con dos
Termocuplas

53. Conexión de Termocuplas
Termocuplas en paralelo

54. Conexión de Termocuplas
Conexión correcta de la
termocupla
Conexión incorrecta de la
termocupla

55. Termopozo
En la mayoría de las aplicaciones de
medición de temperatura no es
recomendable exponer el elemento sensor
al fluido del proceso. La utilización de un
termopozo, a pesar de que introduce
retardos en la medición, es recomendable
para proteger al elemento sensor de la
corrosión, erosión y altas presiones además
de permitir su remoción o cambio mientras
la planta o el proceso está en operación

56. Termopozo

57. Inserción e inmersión de un
termopozo

58. Inserción e inmersión de un
termopozo
La longitud de inmersión requerida para
obtener una exactitud y tiempo de
respuesta óptimos es una función de
factores mecánicos tales como: tipo de
elemento sensor, espacio disponible,
diseño de la conexión del termopozo al
recipiente o tubería y de las
consideraciones de transferencia de
calor determinadas por las propiedades
físicas del fluido

59. Termopozo tipo
roscado

60. Termopozo tipo
bridado

61. Termopozo tipo Van
Stone

62. Rangos de presión y
temperatura de termopozo

63. Tipos de termopozo

64. Tipos de termopozo

65. Posición del termopozo

66. Pirómetros infrarrojos
• Todos los cuerpos emiten ondas
electromagnéticas o radiación dependiendo
de la temperatura a la que se encuentran
• La energía radiada y su longitud de onda
están de acuerdo a la temperatura
• Por lo que se puede medir la temperatura
del cuerpo sin contacto con él
• Basan su funcionamiento en la emisividad
de los cuerpos

67. Pirómetros infrarrojos

68. Pirómetros de radiación
Tienen unos detectores
que captan
simultáneamente todas
las radiaciones
emitidas en la zona del

69. Todo cuerpo sobre el cero absoluto de
temperatura (-273°C), irradia una
energía con una longitud de onda que se
encuentra en el infrarrojo (0,76 – 1.000 µ),
del espectro electromagnético. El espectro
visible es de 0,4 µ para la luz ultravioleta
hasta alrededor de 0,75 µ, para la luz roja.
Para los propósitos prácticos de medición
de temperatura el espectro infrarrojo se
extiende de 0,75 µ a 20 µ.
Radiación de infrarrojos

70. Emisividad de los materiales
Material Emisividad Material Emisividad
Aluminio* 0,03-0,30 Plomo* 0,50
Asbesto 0,95 Piedra caliza 0,98
Asfalto 0,95 Aceite 0,97
Basalto 0,70 Pintura 0,93
Latón* 0,50 Papel 0,95
Ladrillo 0,90 Plástico** 0,95
Carbono 0,85 Caucho 0,95
Cerámica 0,95 Arena 0,90
Concreto 0,95 Piel 0,98
Cobre** 0,95 Nieve 0,90
Polvo 0,94 Acero** 0,80
Alimento Congelado 0,96 Textiles 0,94
Hielo 0,98 Agua 0,95-0,99
Hierro* 0,70 Madera*** 0,94
* oxidado ** opaco ***natural

71. Conclusiones
• La selección de un sensor de temperatura
depende del rango de temperatura y del
medio donde se realiza la medición
• Los sensores de temperatura más
utilizados son las termocuplas
• El termopozo permite proteger al sensor
de temperatura contra daños físicos