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INDICE

INTRODUCCIÓN...........................................................................................................................................................2

OBJETIVOS....................................................................................................................................................................3

FUNDAMENTO TEÓRICO...........................................................................................................................................3

¿QUÉ ES LA TEMPERATURA?...................................................................................................................................3

MATERIALES UTILIZADOS.......................................................................................................................................8

PROCEDIMIENTO.........................................................................................................................................................8

CÁLCULOS Y RESULTADOS.....................................................................................................................................8

APLICACIÓN……………………………………………………………………………………………………… 12

CONCLUSIONES.........................................................................................................................................................14

RECOMENDACIONES................................................................................................................................................14

BIBLIOGRAFIA...........................................................................................................................................................15

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INTRODUCCIÓN

.

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Medición de temperatura

OBJETIVOS

1. Aprender a usar los distintos tipos de instrumentos de medición de temperatura

2. Seleccionar el instrumento adecuado para efectuar mediciones.3. Obtener las curvas de calibración de los instrumentos.4. Interpretar correctamente el uso de dichas curvas.

FUNDAMENTO TEÓRICO

¿QUÉ ES LA TEMPERATURA?

Se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. 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 de que sea mayor la energía sensible de un sistema, se observa que éste se encuentra más "caliente"; es decir, que su temperatura es mayor.

A continuación pasemos a estudiar a los instrumentos de medición:

TERMÓMETRO DE VIDRIO

Funciona por la dilatación de un líquido alojado en un bulbo, que se visualiza en un capilar cuyo pequeño diámetro permite apreciar grandes variaciones de la longitud del fluido dilatado para un determinado volumen.

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Errores:

1. Los que se generan por la dilatación del tubo de vidrio.

2. Los que se deben al tiempo de inmersión del bulbo.

3. Los que se deben a la falta de uniformidad de la superficie transversal del capilar.

4. Los que se deben a la profundidad de inmersión, etc.

En aplicaciones industriales se protege los termómetros con una vaina o cubierta de metal, que puede ser acero (generalmente inoxidable) o bronce, latón, aluminio, níquel.

El vidrio tiene una forma convexa que permite ampliar mediante efecto óptico el ancho del capilar lleno de fluido al efecto de visualizar más fácilmente la temperatura.

El espacio entre el bulbo y la vaina se rellena de algún material altamente conductor térmico como un aceite de silicona, o fino polvo de cobre o bronce para obtener constantes de tiempo lo más pequeñas posibles, por ejemplo del orden del medio segundo. En los últimos años se han desarrollado encapsulados transparentes de teflón a fin de evitar contaminaciones en caso de rotura. Los termómetros se calibran para ser usados de diversos modos por ejemplo:

Inmersión Parcial, se sumerge el bulbo en el fluido cuya temperatura se quiere medir.

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Fig. N° 1 Temperaturas para diferentes líquidos

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Inmersión Total, se sumerge toda la columna de líquido de medición.

Inmersión completa, se sumerge todo el termómetro.

Los termómetros de mercurio pueden tener electrodos que le permitan una o más salidas eléctricas puntuales, uno de los electrodos va en el bulbo y los otros a distintas temperaturas fijas.

Los termómetros de máxima tienen una restricción a la salida del bulbo que impide el fácil retorno del mercurio a l mismo. Se debe agitar en forma violenta el termómetro para lograr este retorno.

Aplicación clásica de lo antedicho es el termómetro clínico.

TERMÓMETRO BIMETÁLICOS

Se basa en la diferencia de dilatación de los metales tales como: Aluminio Bronce, Cobre, Latón, Níquel, Níquel Cromo, Monel, Acero, Aleación Hierro – Níquel (36%) llamada Invar , Porcelana , Cuarzo. El aluminio tiene el mayor coeficiente de dilatación de los mencionados.

Se obtienen exactitudes del orden del 1% de la medición.

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Fig. N° 2 Termómetro bimetálico

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En general se colocan dentro del tubo dos espirales concéntricos de sentidos contrarios para eliminar efectos no deseados, y tener longitudes grandes para obtener elevadas sensibilidades.

TERMOCUPLAS

¿Qué son las Termocuplas?

Las termocuplas son el sensor de temperatura más común utilizado industrialmente.

Una termocupla se hace con 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 (efecto Seebeck) del orden de los milivolts el cual aumenta con la temperatura. Por ejemplo, una termocupla "tipo J" está hecha con un alambre de hierro y otro de constantán (aleación de cobre y nickel) Al colocar la unión de estos metales a 750 °C, debe aparecer en los extremos 42.2 milivolts.

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Normalmente las termocuplas industriales se consiguen encapsuladas dentro de un tubo de acero inoxidable u otro material (vaina), en un extremo está la unión y en el otro el terminal eléctrico de los cables, protegido adentro de una caja redonda de aluminio (cabezal).

Tipos de Termocuplas

Existen una infinidad de tipos de termocuplas, en la tabla aparecen algunas de las más comunes, pero casi el 90% de las termocuplas utilizadas son del tipo J o del tipo K.

Usos típicos en la Industria

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). La termocupla K se usa típicamente en fundición y hornos a temperaturas menores de 1300 °C, por ejemplo fundición de cobre y hornos de tratamientos térmicos. Las termocuplas R, S, B se usan casi exclusivamente en la industria siderúrgica (fundición de acero) Finalmente las tipo T eran usadas hace algún tiempo en la industria de alimentos, pero han sido desplazadas en esta aplicación por los Pt100 (ver la nota técnica 4).

Tabla N° 1 Tipos de termocuplas y valores de voltaje

TC Cable + Aleación Cable - Aleación Rango °C

(min, max)

Volts Max

(mV)

J Hierro Cobre/Nickel (-180, 750) 42.2

K Nickel/Cromo Nickel/Aluminio (-180, 1372) 54.8

T Cobre Cobre/Nickel (-250, 400) 20.8

R 87% Platino 13%Rhodio

100% Platino (0, 1767) 21.09

S 90% Platino

10% Rhodio

100% Platino (0, 1767) 18.68

B 70% Platino 30% Rhodio

94% Platino 6% Rhodio

(0,1820) 13.814

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Para verificar el funcionamiento de un instrumento

Para verificar que un instrumento de termocupla funciona correctamente, es conveniente hacer un corto ó puente en la entrada de modo que V = 0, entonces el instrumento deberá marcar la temperatura de ambiente Ta que hay en el conector trasero donde se hizo el puente.

Para identificar una termocupla J y una K

Una Tc tipo J está hecha con un alambre de hierro y otro de constantán. El alambre de hierro se puede reconocer con un imán, además el hierro es gris opaco aunque algunas veces estos alambres se recubren con un delgada capa de cobre para evitar oxidación. El constantán (cobre-nickel) es también magnético pero muy levemente, se reconoce mejor porque es plateado brillante. Las termocuplas K están hechas con cromel (cromo - aluminio) y alumel (aluminio -nickel) ambos de color plateado brillante pero el alumel es levemente magnético por su contenido de nickel.

MATERIALES UTILIZADOS

Termocupla: Fisher Scientific (-40 – 1200° C) Error: 0.01 °C

Termómetro de inmersión total: Premiere (20 – 150° C) Error: 1° C.

Termómetro de inmersión parcial 1: (-10 – 250° C) 76mm altura de inmersión. Error: 1° C

Termometro de inmersión parcial 2: Propper Trophy (-10 – 150° C) 3” altura de inmersión. Error 1° C.

Termómetro bimetálico: Roto Therm (-30 – 60) Error 1°C . Para gas y liquido (Inmersión: 2” liquido – 4” gas).

Maquina mezcladora de aceite para calibración de termómetros: AMINCO, AMERICAN INSTRUMENT COMPANY.

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PROCEDIMIENTO

Reconocimiento de los instrumentos.

Escoger el termómetro patrón (termocupla)

Ubicar cada uno de los instrumentos en el lugar correspondiente del mezclador

de aceite.

Encender la máquina y medir la temperatura de cada instrumento en un intervalo

de 5° C.

Anotar los datos y especificaciones de los instrumentos.

CÁLCULOS Y RESULTADOS

CUADROS Y TABLAS DE CALIBRACION DE TERMÓMETROSDATOS DE PRESION Y TEMPERATURA AMBIENTE:

Presión barométrica: 756 mmHg

Humedad relativa: 78%

Temperatura bulbo seco: 20.5° C

Temperatura bulbo húmedo: 17.76° C

Tabla N° 2 Calibración de termómetros

CALIBRACIÓN DE TERMÓMETROSPATRÓN

INMERSIÓN TOTAL INMERSIÓN PARCIAL 1 INMERSIÓN PARCIAL 2 BIMETÁLICO

31.5 31 31 31 2436.5 38 35 35 2841.5 39 41 41 3446.5 42 46 44 37

50 49 50 47.5 4155 53 56 52 4660 59 61 60 4865 64 65 65 57.570 69 70.5 69.575 73 74 7580 76 80 8085 85 85 85

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Nota: El rango del termómetro bimetálico es hasta de 60 °C, por eso no se registran datos

mayores a esa temperatura.

30 40 50 60 70 80 9030

40

50

60

70

80

90

Curva Real

Curva Ideal

Termómetro inmersión total (°C)

Ter

móm

etro

pat

rón

(°C

)

Fig. N° 4 Curva de calibración del termómetro de inmersión total

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30 40 50 60 70 80 9030

40

50

60

70

80

90

Curva real

Curva ideal

Termómetro inmersión parcial 1 (°C)

Ter

móm

etro

Pat

rón

(°C

)

Fig. N° 5 Calibración del termómetro de inmersión parcial 1

25 35 45 55 65 75 8530

40

50

60

70

80

90

Curva real

Curva ideal

Termómetro inmersión parcial 2 (°C)

Ter

móm

etro

Pat

rón

(°C

)

Fig. N° 6 Calibración del termómetro de inmersión 2

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20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 7030

35

40

45

50

55

60

65

70

Curva real

Curva ideal

Termómetro bimetálico (°C)

Ter

móm

etro

pat

rón

(°C

)

Fig. N° 7 Calibración del termómetro bimetálico

APLICACIONES

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Una faja de cadena que circula trasladando objetos, ponemos un calentador por debajo de dicha faja, medimos la temperatura y queremos que quede en 200°C con un margen de error de -5, +5; ¿Qué tipo de instrumento de Medida de Temperatura podemos usar para dicho caso?Para este caso o este problema el instrumento de medida más adecuado son los:

Sensores/transmisores de temperatura IR industriales miniatura sin contacto

Con pantalla LED incorporada opcional

Características: Rango de temperatura de -18 a 538 °C (0 a 1.000 °F)

Emisividad ajustable de 0,10 a 1,0

Lecturas rápidas, precisas y repetibles

Termopar de tipo K, modelos con salida analógica de 0 a 5 Vcc, 0 a 10 Vcc, 4 a 20 mA o 1 mV/grad.

Interruptor para cambio de C/°F incorporado Modelo con pantalla LED disponible

Carcasa industrial miniatura resistente con cabezal de sensor remoto

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Salida de alarma alta o baja ajustable por el usuario

Interfaz de PC estándar en todos los modelos

OS100-SOFT Software de adquisición de datos e indicación de la temperatura en tiempo real

Carcasa de aluminio de calificación NEMA 4 (IP65)

Modelos con cabezal de sensor para altas temperaturas disponibles

Especificaciones Rango de temperatura: -18 a 538 °C (0 a 1.000 °F) Precisión @ 22 °C (72 °F) de temperatura ambiente y emisividad de 0,95 o superior:

±2% rdg o 2,2 °C (4 °F), cualquiera sea mayor Campo visual óptico:6:1 (distancia tamaño/punto) Extensión del cable del cabezal del sensor: Hasta 15 m (50') en total Repetibilidad: ±1% rdg Respuesta espectral: 5 a 14 micras Tiempo de respuesta: 100 mseg. (0 a 63% del valor final) Rango de emisividad: 0,1 a 1,00; ajustable Pantalla opcional (102E): LED de 4 dígitos, ajustable en °C/°F Temperatura de funcionamiento: Transmisor principal:0 a 50 °C (32 a 122 °F) Cabezal de sensor: 0 a 70 °C (32 a 158 °F) Cabezal de sensor (Modelo –HT):0 a 85 °C (32 a 185 °F) Cabezal de sensor con OS100-WC (camisa de refrigeración por agua): 0 a 200 °C (32 a 392 °F) Humedad relativa de funcionamiento: HR inferior al 95%, sin condensación Caudal de agua para OS100-WC: 0,25 GPM, temperatura ambiente Choque térmico: Alrededor de 30minutos para cambios abruptos de temperatura ambiente

de 25 °C (77 °F) Periodo de calentamiento: 3 minutos Caudal de agua para OS100-AP:1 PCM (0,5 L/s) Potencia: 12 a 24 Vcc @ 150 mA Comunicaciones de PC:RS232 en serie, doble sentido Salidas analógicas: MV: 1 mV/Deg K: termopar de tipo K MA: 4 a 20 mA V1:0 a 5 Vcc V2:0 a 10 Vcc Requisitos de carga de salida: Carga mínima: 1 kΩ (0 a 5 Vcc), 2 kΩ (0 a 10 Vcc) Carga máxima (4 a 20 mA):(alimentación) 4/20 mA Carcasa del transmisor: NEMA 4 (IP65), aluminio fundido a presión

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Carcasa del cabezal de sensor: NEMA 4 (IP65), aluminio Salida de la alarma: Drenaje abierto, 100 mA

Punto de referencia de alarma: 0 a 100%

Los transmisores infrarrojos miniatura de la serie OS100E de OMEGA® miden un rango de temperaturas de -18 a 538 °C (0 a 1.000 °F). Consisten en un cabezal de sensor infrarrojo de montaje remoto conectado a un acondicionador de señales por microprocesador de alto rendimiento. El cabezal de sensor miniatura es ideal para la medición de temperaturas en espacios limitados de difícil acceso y ambientes hostiles. El cabezal de sensor está conectado a la cubierta del dispositivo electrónico principal mediante un cable blindado de 1,8 m (6'). El dispositivo electrónico principal del acondicionador de señales está montado en una carcasa resistente de aluminio fundido a presión de calificación NEMA 4 (IP65). El OS102E incluye una pantalla LED incorporada que puede ajustarse para °C y °F. Las características estándar de este modelo incluyen emisividad ajustable, salida de alarma ajustable en campo e interfaz de PC RS232. La unidad cuenta con salidas analógicas tales como 4 a 20 mA, 0/5 Vcc, 0/10 Vcc, 1mV/grad. y termopar de tipo K.

Lo podemos encontrar en el nuestro país, ya que una de los lgare de distribución es el Perú; es decir el Perú lo importa del extranjero.

CONCLUSIONES

De las gráficas de calibración se desprende que el termómetro bimetálico esta

descalibrado (Fig. N° 7). Esto se evidencia en su curva de calibración.

De la Fig. N° 5 se desprende que el termómetro de inmersión parcial 1 es el que está

mejor calibrado ya que su curva se acerca más a la ideal.

Para todas las curvas de calibración la desviación dependió del termómetro patrón

utilizado. En este caso se utilizó la termocupla.

RECOMENDACIONES

Se recomienda medir la temperatura y presión a la cual se encuentra el ambiente.

Se debe tomar las medidas en un cierto rango (cada 5° C).

Usar el sensor adecuado para la termocupla. En esta experiencia se utilizó el sensor tipo

K.

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BIBLIOGRAFIA

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