M. en C. Teth Azrael Cortés Aguilar

Instrumentos de Medida de Temperatura

Fundamentalmente, la temperatura es una propiedad que poseen los sistemas físicos a nivel macroscópico, la cual tiene una causa a nivel microscópico, que es la energía promedio por partícula. Físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía sensible", que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida que es mayor la energía sensible de un sistema se observa que esta más "caliente" es decir, que su temperatura es mayor. En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos traslacionales de sus partículas. Al contrario de otras cantidades termodinámicas como el calor o la entropía, cuyas definiciones microscópicas son válidas muy lejos del equilibrio térmico, la temperatura sólo puede ser medida en el equilibrio, precisamente porque se define como un promedio.

273.15

Instrumentos de Temperatura

Vidrio Bimetálico Bulbo y Capilar

RTD Termistores Termopares Pirómetros

de Radiación

Óptico

Infrarrojo

Fotoeléctrico

Radiación total

Pirometría láser

Termómetro de Vidrio. Consta de un depósito de vidrio que contiene, por ejemplo mercurio, que al calentarse se expande y sube en el tubo capilar. Mercurio -35 hasta +280°C Pentano -200 hasta + 450°C Alcohol -110 hasta + 50°C Tolueno -70 hasta +100°C

Termómetro Bimetálico. Se sustentan en distinto coeficiente de dilatación de dos metales diferentes, tales como latón, monel o acero y una aleación de ferroníquel o invar laminados conjuntamente. Las láminas pueden ser rectas o curvas, formado espirales o hélices. Su campo de medida es de -200 hasta +500°C

Termómetro de Bulbo y Capilar. Consisten en un tubo conectado por un capilar a una espiral. Cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o el líquido en el bulbo se expanden y la espiral tiende a desenrrollarse moviendo la aguja sobre la escala para indicar la elevación de temperatura. Su campo de medida es de -200°C hasta 600°

Termómetro de Resistencia, RTD. Consiste usualmente en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor adecuado bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o de cerámica. El material que forma el conductor se caracteriza por el llamado coeficiente de temperatura de resistencia, que expresa a una temperatura especifica, la variación de la resistencia en ohms del conductor por cada grado que cambia su temperatura. Rt es la resistencia en ohms a 0°C. R0 es la resistencia en ohms a t°C. α es el coeficiente de temperatura de la resistencia cuyo valor 0°C y 100°C es de 0.003850 Ω/Ω °C. A = 3.90802x10-3 B = -5.802x10-7 C = -4.27350x10-12

Si la relación resistencia-temperatura no es lineal la ecuación general se expresa por la siguiente ecuación, valida de 0°C hasta 850°C . Los materiales utilizados para la construcción de RTDs son :

Platino α =0.00385 con un rango de -200°C hasta 950°C Níquel α =0.0063 con un rango de -150°C hasta 300°C cobre α =0.00425 con un rango de -200°C hasta 120°C

Termistores. Son semiconductores electrónicos con un coeficiente de temperatura negativo NTC o positivo PTC, de valor elevado , por lo general presentan variaciones rápidas y extremadamente grandes para cambios relativamente pequeños en la temperatura. Hay que señalar que para obtener una buena estabilidad en los termistores es necesario envejecerlos (porque modifiquen sus propiedades con el tiempo). La medición se realiza a través de conectarlos en un circuito de puente de Wheatstone. El rango de medida puede ir de -100°C hasta 400°C. Negative Temperature Coefficient (NTC) Positive Temperature Coefficient of Resistance (PTC) , están construidos con compuestos cerámicos de BaTiO3 Rt es la resistencia en ohms a la temperatura absoluta Tt. R0 es la resistencia en ohms a la temperatura absoluta de referencia T0. β es la constante dentro de un intervalo de temperaturas.

Termopares. Se basa en el efecto de la circulación de una corriente en un circuito formado por dos metales diferentes, cuyas uniones (unión de medida o caliente y unión de referencia o fría) se mantienen a distinta temperatura. Está circulación de corriente obedece a dos efectos termoeléctricos combinados, el EFECTO PELTIER que provoca la liberación o absorción de calor en la unión de dos metales distintos cuando una corriente circula a través de la unión y el EFECTO THOMSON que consiste en la liberación o absorción de calor cuando una corriente circula a través de un metal homogéneo en el que existe un gradiente de temperatura.

Pirómetro Óptico. Se basan en la desaparición del filamento de una lámpara al compararlo visualmente con la imagen del objeto enfocado. El pirómetro dirigido sobre una superficie incandescente no nos dará su temperatura verdadera si la superficie no absorbe todas las radiaciones y no refleje ninguna. Se aplican típicamente para la medición de metales incandescente en hornos de fundición y miden temperaturas de hasta 4000°C.

Pirómetro Infrarrojo. Captan la radiación espectral del infrarrojo, invisible al ojo humano. Una lente filtra la radiación infrarroja emitida por el área del objeto examinado y la concentra en un sensor de temperatura (termistor o termopar). Permite hacer mediciones a una distancia de 1.5 mts del objeto. Filtro de radiación de 8 μm hasta 14μm para valores menores a 538°C Filtro de radiación de 2.2 μm hasta 3.8μm para valores menores a 820°C

Los pirómetros de radiación se basan en la ley de Stefan-Boltzmann, que dice que la intensidad de energía radiante emitida por la superficie de un cuerpo aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerpo.

Evaluación

1. Realice las siguientes conversiones:

500°C = °F = Kelvin 2000°F = °C= kelvin

2. Instrumento que se fundamenta en los efectos Peltier y Thomson

a) Pirómetro b) Termopar c) Bimetálico d) Termistor

3. Instrumento que usa coeficientes de dilatación distintos para hacer la indicación de temperatura

a) Pirómetro b) Termopar c) Bimetálico d) Termistor

4. Instrumento que mide la intensidad de radiación electromagnética y la traduce en temperatura

a) Pirómetro b) Termopar c) Bimetálico d) Termistor

5. Elemento primario que se clasifica en NTC y PTC

a) Pirómetro b) Termopar c) Bimetálico d)Termistor

932 773.15 1093.3 1366.48

6. ¿Qué instrumento sugiere para medir el punto eutéctico de 183°C de una aleación estaño-plomo Sn-Pb?

Termopar