1. MEDICIÓN DE LA TEMPERATURA
POR CONTACTO DIRECTO

2.  En la mayoría de las aplicaciones
industriales, las temperaturas se
registran, directamente, desde dentro de un
medio de proceso. Debido a que las
mediciones se realizan en una amplia
variedad de medios, técnicas y dispositivos
apropiados deben ser empleados para cada
proceso en específico.

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.  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.  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.

7. 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.

9.  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).

10.  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.

11. 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.).

12. TIPO S: SE USAN EN ALTAS TEMPERATURAS EN LA INDUSTRIA, ASÍ
COMO EN FORMA DE PATRONES PRIMARIOS DE CALIBRACIÓN (POR
EJEMPLO, PARA LA CALIBRACIÓN UNIVERSAL DEL PUNTO DE FUSIÓN
DEL ORO, A 1064,43 ºC). PARA TEMPERATURAS A PARTIR DE
1400ºC, SUFREN LA APARICIÓN DE PLATINO).
GRANULACIONES QUE LOS HACEN MÁS FRÁGILES (PROTECCIÓN CON
TUBOS DE
TIPO R: RESISTENTES Y ESTABLES A ALTAS TEMPERATURAS AL
CONTENER PLATINO, ASÍ COMO DE ELEVADA VELOCIDAD DE
REACCIÓN. SU ELEVADO COSTO Y SU BAJA RESOLUCIÓN Y
SENSIBILIDAD DE MEDIDA SON SUS PUNTOS NEGATIVOS. APTO PARA
SU USO EN ENTORNOS OXIDANTES, AUNQUE SE DETERIORA
FÁCILMENTE EN ENTORNOS REDUCTORES. PROPORCIONA FEM DE
ENTRE -0,226 MV Y 21,701 MV.
TIPO B: OFRECE ESTABILIDAD MEJORADA, AUMENTO DE LA
RESISTENCIA (FUERZA MECÁNICA INCREMENTADA) Y CAPACIDADES
DE MAYOR TEMPERATURA AUNQUE DE BAJA SENSIBILIDAD Y
RESOLUCIÓN SOBRE TODO EN TEMPERATURAS MUY BAJAS
PROPORCIONAN PRÁCTICAMENTE LAS MISMAS LECTURAS DE FEM.

13. Termopares de metales comunes (K,J,E,N, T):
Contienen en su ánodo y cátodo metales
comunes 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 velocidad
de 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).

14. Tipo E: sensibles a muy bajas temperaturas, son prácticos en
aplicaciones criogénicas. El termopozo es necesario en
atmosferas reductoras y entornos que contiene azufre (fem -
9,835 mV y 76,373 mV).
Tipo K: es usado para temperaturas intermedias y mejores
resistencias de oxidación que los tipos J y E. Es usado en
múltiples 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 ofrece
mejor estabilidad termoeléctrica por encima de 870 C (1,598
F) y menos probable que se oxide que los Tipos J, K y E. mejor
se adapta a las aplicaciones con oxidación, humedad, o con
atmosferas inertes .

15.  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.

17. Comparativa de la relación entre la α (µV/ºC), o coeficiente de
Seebeck, con la temperatura, para algunos tipos de termopares.
Nótese, por ejemplo, cómo, para el termopar K, dicho
coeficiente se mantiene en los 40-41 µV/ºC hasta los 1000ºC
aproximadamente, lo que da una relación aproximadamente
lineal (recta) entre ΔV y T en ese rango térmico.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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 de
variar su resistencia a medida que cambia la
temperatura.

24. Los materiales empleados deben poseer una gran
resistividad para que el sensor tenga el
comportamiento lineal que buscamos además de tener
una gran sensibilidad.
Usualmente se utilizan como materiales el platino, el
níquel y el cobre. En la siguiente tabla se muestran sus
características:

25. Tipos de construcción
Existen sensores RTD de dos tipos según su
construcción:
 Bobinado
 Laminado

26. 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.

27. 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.

28. Tipos de estructura
 Bifilar (2 cables)
 Trifilar (3 cables)
 Cuatrifilar (4 cables)

29. Usos
La aplicación más inmediata de los RTDs
es, como ya sabemos, la medida de
temperatura. Los sensores de temperatura
resistivos de laminado compuestos por platino
(la gran mayoría) se han aplicado en múltiples
casos individuales, en automóviles, en
electrodomésticos y en edificios.

30. 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.

31.  Los Termopozos tienen
que:
1. Colocar la punta del sensor
sensible a la temperatura
en el proceso.
1. Protege el sensor
2. Sellar el área del
proceso del ambiente
para prevenir fugas.

33.  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.

34.  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

35.  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

36. 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.

37.  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

38.  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.