TERMÓMETROS

Para medir la temperatura necesitamos tanto un sistema práctico de prueba, como es el

termómetro, como una forma de asignar valores numéricos al resultado medido.

Un termómetro es un dispositivo con una propiedad medible que varía en determinada

forma con la temperatura. Dependiendo del margen de temperatura a estudiar o la precisión

exigida se utilizan varias clases de termómetros. Basados en un cambio de temperatura que

se produce en algunas propiedades físicas observables y en el hecho de que dos sistemas a

diferentes temperaturas puestos en contacto térmico tienden a igualar sus temperaturas. Las

propiedades físicas en las que se basan los termómetros son principalmente la dilatación de

los gases, la dilatación de una columna de mercurio, la resistencia eléctrica de algún metal,

la variación de la fuerza electromotriz de contacto entre dos metales, la deformación de una

lámina metálica o la variación de la susceptibilidad magnética de ciertas sales

paramagnéticas.

Es decir, todos estos se basan en la propiedad termométrica de una sustancia que cambie

continuamente la temperatura; un ejemplo de esto es la longitud de una columna de líquido

o la presión de un volumen constante de gas.

Existen diversos tipos de termómetros pero el más común es el termómetro de mercurio que

se utiliza para medir las temperaturas del ambiente o del entorno exterior. Se utiliza los

líquidos en los termómetros porque cuando aumenta las temperatura de las partículas que

componen el fluido se mueven rápidamente y esto hace que la sustancie se dilate.

TERMOMETROS DE DILATACIÓN

Termómetro De Líquido En Vidrio

Su operación está basada en la expansión del líquido con el incremento de la temperatura;

esto es, el líquido actúa como un transductor, convierte la energía termal en una forma

mecánica. Con el incremento de la temperatura, el líquido y el vidrio del termómetro se

expanden con diferente coeficiente de expansión, causando que el líquido avance por el

tubo capilar.

Las partes principales de un termómetro de líquido en vidrio típico se muestran en la

Siguiente figura.

Figura. Termómetro de líquido en vidrio.

El menisco es usado como el indicador. La forma del menisco es: para el mercurio, la parte

superior de la curva, para líquidos orgánicos, la parte inferior. Cuando las fuerzas adhesivas

son mayores que las fuerzas cohesivas, el menisco tiende a ser cóncavo como en el caso de

vidrio y líquidos orgánicos. Por otra parte cuando las fuerzas cohesivas son superiores a las

adhesivas, el menisco es convexo como en el caso de mercurio en vidrio.

Profundidad De Inmersión

Los termómetros de líquido en vidrio son usualmente utilizados para la medición de la

temperatura de fluidos. La elección del tipo de inmersión depende de la medición

requerida, la profundidad del fluido y el tipo de montaje.

Termómetro de inmersión parcial

Diseñado para indicar la temperatura correctamente cuando el bulbo y una porción

específica de la columna están inmersos en el medio a la temperatura que va a ser medida.

Termómetro de inmersión total

Está diseñado para indicar la temperatura correctamente cuando el bulbo y toda la columna

del líquido (unos cuantos milímetros por arriba del nivel del líquido) están inmersos en el

medio a la temperatura que va a ser medida.

Termómetro de inmersión completa

Está diseñado para indicar la temperatura correctamente cuando todo el termómetro,

incluyendo la cámara de expansión están expuestos en el medio a la temperatura que va a

ser medida.

Figura. Tipos de inmersión.

Termómetros de líquido

El termómetro de dilatación de líquidos es el más conocido. Consta de una ampolla de

líquido unida a un fino capilar, encerrado en vidrio o cuarzo. La sensibilidad que se logra

depende de las dimensiones del depósito y del diámetro del capilar. Los termómetros de

líquido encerrado en vidrio son los más comunes; el de mercurio se emplea principalmente

para tomar la temperatura de las personas, y, para medir la de interiores, suelen emplearse

los de alcohol coloreado en tubo de vidrio.

Los de mercurio pueden funcionar en la gama que va de -39 °C (punto de congelación del

mercurio) a 357 °C (su punto de ebullición), con la ventaja de ser portátiles y permitir una

lectura directa. No son, desde luego, muy precisos para fines científicos; mientras que con

el alcohol se logra buena sensibilidad y fiabilidad y pueden funcionar en la gama que va

desde -112°C (punto de congelación del etanol, el alcohol empleado en él) hasta 78°C (su

punto de ebullición), cubriendo por lo tanto toda la gama de temperaturas que por lo

general se encuentran en nuestro entorno. Este termómetro de alcohol coloreado es portátil

pero es mucho menos preciso que el de mercurio.

Termómetro de líquido encerrado en vidrio: termómetro de mercurio.

Termómetros de gas

Estos termómetros pueden ser a presión constante o a volumen constante. Este tipo de

termómetros son muy exactos y son utilizados usualmente para la calibración de otros

termómetros. El termómetro de gas de volumen constante es muy exacto, y tiene un margen

de aplicación extraordinario: desde - 27 °C hasta 1477 °C. Pero es más complicado, por lo

que se utiliza más bien como un instrumento normativo para la graduación de otros

termómetros.

El termómetro de gas a volumen constante se compone de una ampolla con gas -helio,

hidrógeno o nitrógeno, según la gama de temperaturas deseada- y un manómetro medidor

de la presión. Se pone la ampolla del gas en el ambiente cuya temperatura hay que medir, y

se ajusta entonces la columna de mercurio (manómetro) que está en conexión con la

ampolla, para darle un volumen fijo al gas de la ampolla. La altura de la columna de

mercurio indica la presión del gas. A partir de ella se puede calcular la temperatura. En el

termómetro de gas a presión constante, la variable termométrica (es decir, la propiedad que

varía con la temperatura) es el volumen ocupado por el gas. La presión del gas se mantiene

constante.

Termómetro de gas a volumen cte. Termómetro de gas a presión cte.

TERMOMETROS DE RESISTENCIA

Termómetros de resistencia

Consiste en un alambre de algún metal como el platino cuya resistencia eléctrica cambia

cuando varía la temperatura. Los termómetros de resistencia son transductores de

temperatura, los cuales se basan en la dependencia de la resistencia eléctrica de un material

con la temperatura, es decir, son capaces de transformar una variación de temperatura en

una variación de resistencia eléctrica. Los materiales más usados en los termómetros a

resistencia son el platino, el cobre y el tungsteno.

El platino tiene la particularidad de tener una relación resistencia-temperatura sumamente

lineal, por lo cual es el material más utilizado. El platino tiene las ventajas de ser

químicamente inerte, tener un elevado punto de fusión (2041,4K) y puede sr obtenido con

un alto grado de pureza. El termómetro de resistencia de platino depende de la variación de

la resistencia a la temperatura de una espiral de alambre de platino. Es el termómetro más

preciso dentro de la gama de -259 °C a 631 °C, y se puede emplear para medir temperaturas

hasta de 1127 °C. Pero reacciona despacio a los cambios de temperatura, debido a su gran

capacidad térmica y baja conductividad, por lo que se emplea sobre todo para medir

temperaturas fijas.

Termopar

Un termopar es un dispositivo formado por la unión de dos metales distintos que produce

un voltaje que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos

denominado "punto caliente" o unión caliente o de medida y el otro denominado "punto

frío" o unión fría o de referencia. Tanto los termopares como las termopilas son muy

usados en aplicaciones de calefacción a gas. Se emplean diferentes pares de metales para

las distintas gamas de temperatura, siendo muy amplio el margen de conjunto: desde -

248°C hasta 1477 °C.

Los termopares son ampliamente usados como sensores de temperatura. Son económicos,

intercambiables, tienen conectores estándar y son capaces de medir un amplio rango de

temperaturas. Su principal limitación es la exactitud ya que los errores del sistema

inferiores a un grado Celsius son difíciles de obtener.

Diagrama de funcionamiento del termopar.

PIRÓMETROS

Pirómetro

Un pirómetro es un dispositivo capaz de medir la temperatura de una sustancia sin

necesidad de estar en contacto con ella. El término se suele aplicar a aquellos instrumentos

capaces de medir temperaturas superiores a los 600 grados Celsius. El rango de temperatura

de un pirómetro se encuentra entre -50 grados Celsius hasta 4000 grados Celsius. Una

aplicación característica es la medida de la temperatura de metales incandescentes en

molinos de acero o fundiciones. Son utilizados en fundiciones y fábricas de vidrio.

Uno de los pirómetros más comunes es el pirómetro de absorción-emisión, que se utiliza

para determinar la temperatura de gases a partir de la medición de la radiación emitida por

una fuente de referencia calibrada, antes y después de que esta radiación haya pasado a

través del gas y haya sido parcialmente absorbida por éste.

Hay varios tipos según su principio de funcionamiento:

Pirómetro óptico: se fundamentan en la ley de Wien de distribución de la radiación

térmica, según la cual, el color de la radiación varía con la temperatura. El color de

la radiación de la superficie a medir se compara con el color emitido por un

filamento que se ajusta con un reostato calibrado. Se utilizan para medir

temperaturas elevadas, desde 700 °C hasta 3.200 °C, a las cuales se irradia

suficiente energía en el espectro visible para permitir la medición óptica.

Pirómetro de radiación total: se fundamentan en la ley de Stefan-Boltzmann, según

la cual, la intensidad de energía emitida por un cuerpo negro es proporcional a la

cuarta potencia de su temperatura absoluta.

Pirómetro de infrarrojos: captan la radiación infrarroja, filtrada por una lente,

mediante un sensor foto resistivo, dando lugar a una corriente eléctrica a partir de la

cual un circuito electrónico calcula la temperatura. Pueden medir desde

temperaturas inferiores a 0 °C hasta valores superiores a 2.000 °C.

Pirómetro fotoeléctrico: se basan en el efecto fotoeléctrico, por el cual se liberan

electrones de semiconductores cristalinos cuando incide sobre ellos la radiación

térmica.

Pirómetro digital

! Termómetro de bimetálica

Este termómetro está formado por dos láminas de metales de coeficiente de dilatación

térmica muy diferentes como el latón y el invar, soldados cara a cara con su longitud, y

arrollados dejando el coeficiente más alto en el interior, es decir, la cinta puede formar un

espiral para conseguir mayor sensibilidad pero también puede estar casi recta. Al elevar la

temperatura, la curvatura de la cinta cambia ya que el latón aumenta más rápidamente en

longitud en el invar. Si uno de los extremos es fijo, un indicador unido al extremo libre se

mueve sobre una escala graduada en temperaturas. Las cintas bimetálicas se emplean para

obrar sobre contactos eléctricos que controlan la temperatura de habitaciones.

La respuesta a los cambios de temperatura es casi lineal. El intervalo de temperatura no es

superior a los 1500°C cuando el metal que se utiliza es el latón, pero cuando es empleado

metales o aleaciones de cromo y níquel, la temperatura aumenta pero lo errores inherentes

son insignificantes.

! Termómetro de Beckmann

El termómetro de Beckmann tiene una escala de 30 cm de largo con una escala total de 5 a

6 grados C. Está construido de manera que una parte del mercurio del bulbo puede ser

trasladada a un depósito de manera que lleve el extremo de la columna de mercurio a la

sección graduada para las zonas de temperaturas en que se han de medir las diferencias. Se

emplea sólo para medir diferencias de temperatura. La exactitud conseguida está entre

0.002 y 0.005 grados en la medida de cualquier intervalo dentro de los límites de la escala.

Termómetros de Vapor:

Los termómetros a presión de vapor de líquido tienen la misma construcción de los de

presión de gases, excepto que el bulbo está lleno con un líquido volátil. Otra diferencia

significativa con el termómetro a gases es que en este caso la escala no está dividida a

distancias iguales, debido a que la presión de vapor de los líquidos, de acuerdo al diagrama

de fases, no cambia de forma proporcional con la temperatura.

Este fenómeno de la falta de proporcionalidad puede ser conveniente en los casos donde

una zona de alta temperatura se monitorea, por ejemplo la temperatura de un proceso, en la

zona de temperatura baja que no es importante, el movimiento de la aguja es poco y por

tanto también la precisión, pero cuando la temperatura sube, que es la zona de interés, el

movimiento relativo de la aguja con respecto al cambio de temperatura crece y con ella la

exactitud de medición.

Bibliografía

SEARS, ZEMANSKY, YOUNG, FREEDMAN, Fisica Universitaria 11 Edición,

Volumen 1.

LEA SUSAN M., BURKE JOHN ROBERT, La naturaleza de las cosas, Volumen

1, International Thomson Editores

http://www.metas.com.mx/guiametas/La-Guia-MetAs-08-09-termometros-liquido-

en-vidrio.pdf