MEDIDORES DE TEMPERATURA:

SISTEMAS TERMALES LLENOS

INTEGRANTES:

Aregullin López Vanessa

Trejo Orozco Rosa María

Vázquez Zamora Edgar Francisco

EQUIPO #2

Sistema Básico• Un sensor de temperatura,

• Un elemento de desplazamiento del tipo Bourdon, a diafragma o fuelle

• Un tramo de tubo capilar, y

• Un fluido

Operación:• Al sufrir el bulbo un cambio de temperatura, la presión del

fluido de que esta lleno cambia, como se mantiene constante el volumen, dicha presión se transmite a través del tubo capilar, provocando que el elemento motriz (Bourdon), se desenrolle o enrolle obteniendo así un movimiento rotatorio en el eje del elemento motriz, movimiento que es amplificado para operar un mecanismo a base de palancas que presiona un puntero o una plumilla de antemano calibrada en grados de temperatura.

Termómetro a sistema lleno de líquido

Es utilizado para medir temperaturas entre -40°C a 50°C.

Sin embargo, el efecto de los cambios de temperatura ambiente es también detectado por el tubo capilar y por el Bourdon introduciendo un error a la lectura.

Para compensar este error se hace una compensación por cambios en la temperatura ambiente, que puede ser compensación parcial o total.

¿De que materiales están construidos?• Los sistemas termales pueden ser de: cobre, acero inoxidable,

latón u otro material metálico lo suficientemente resistente para soportar las presiones del proceso.

• Los tubos capilares pueden ser: desnudos o protegidos contra golpes o corrosión del medio ambiente con una funda forrada de propileno o cualquier otro material resistente a la corrosión.

• Los bulbos también pueden ser: desnudos o protegidos ya sea con un tubo protector, o con un termo-pozo, los cuales pueden ser fabricados con materiales resistentes a la corrosión y a la presión del proceso.

• Los fluidos que se manejan para llenar los sistemas termales son: liquido orgánico, vapor orgánico, gas y mercurio.

Clasificación:SAMA (Scientific Apparatus Makers AssociationISA (Instrument Society of America)

CLASE I: líquidos orgánicos• Los sistemas llenos de liquido usan hidrocarburos como alcohol

etílico, benceno, metanol, éter etílico. Tolueno, etc.:

• En donde: V1: volumen final V0: volumen inicial a: coeficiente de expansión del liquido t: temperatura

1 0(1 )V V at

Sistemas clase I

• Tienen un tamaño típico de sensor de 6 a 10 mm de diámetro por 50 a 80 mm de largo para todas las longitudes del capilar, en base de un alcance de temperaturas de 100°C

VENTAJAS

• Escala lineales.

• Bulbo sensores de pequeño tamaño.

• Por las características de expansión de los fluidos utilizados, encuentran aplicación para pequeños alcances y bajas temperaturas.

1.- Sistema de desplazamiento

2.- Capilar

3.- Bulbo sensor

4.- Indicador

CLASE IA: con plena compensación• Consiste en agregar otro

espiral igual al sistema termal, este capilar debe estar lleno y cerrado conectarse al bulbo, los dos capilares, el de medición y el de compensación van juntos y los espirales de bourdon están mecánicamente conectadas para que los cambios de las temperaturas se anulen mutuamente.

CLASE IB: con compensación parcial • La compensación de la caja consiste

en colocar un espiral bimetálico para contrarrestar los cambios de la temperatura ambiente, teniendo los dos capilares del mismo volumen, de modo que las variaciones de temperatura los afectan a los dos por igual; este bimetal se fija al Bourdon de medición y se atornilla a un soporte, cuando la temperatura de la caja del instrumento cambia cambia, el Bourdon y el bimetal se mueven en direcciones opuestas anulando el efecto de ese cambio de temperatura.

CLASE II: Vapor orgánico• Los sistemas de vapor están parcialmente llenos con un liquido

volátil puro, de modo que hay una interface entre el liquido y el vapor dentro del bulbo.

Elementos principales• Los sistemas de vapor clase II son los

únicos sistemas llenos en los cuales el desplazamiento de salida es alineal con las variaciones de temperatura.

• Esto resulta en una escala que tiene graduaciones mas comprimidas en el comienzo y mas abiertas en el final.

VENTAJAS:

• Escala alineales que brindan ventajas en la resolución.

• Constantes de tiempo de respuesta muy chicas, lo que permite una indicación veloz.

• Muy difundidos por su bajo costo.

• La presión que existe en el sistema es convertida a una indicación de temperatura de la curva de la relación vapor-presión expresada con la ecuación:

En donde:

p: presión de vapor a, b, c: constantes del fluido

T: temperatura absoluta del vapor del fluido

• El rango de aplicación de es de -40°C a 315°C

• No requieren de compensación por cambios en la temperatura amiente, ya que la temperatura es función de la presión de vapor, la cual es generada en el bulbo.

• Cualquier cambio de presión en el tubo capilar o en el Bourdon, provoca un desplazamiento del vapor hacia el bulbo, igualando esa presión con la presión ya existente en la interface.

log /p a b T c

CLASE IIA: • Diseñados para operar con la temperatura del proceso por

arriba de la del resto del sistema termal, el capilar no debe ser mayor de 60 metros de longitud.

• El incremento de la longitud del capilar requerirá un mayor sensor: éste debe ser lo suficientemente grande para que el liquido que contiene no se vaporice completamente o lo llene completamente bajo todas alas condiciones de temperatura.

CLASE IIB:• Construidos para operar con las temperaturas del proceso por

debajo de la del resto del sistema termal.

• El tamaño del sensor es constante para cualquier longitud del capilar.

CLASE IIC:• Son para operar con la temperatura del bulbo por arriba o por

debajo de la temperatura o del sistema termal.

• El bulbo debe ser capaz de contener todo el liquido cuando está abajo de la temperatura ambiente, y todo el vapor cuando está por encima de la temperatura ambiente.

• El incremento de la longitud del capilar requerirá un mayor sensor: este debe ser lo suficientemente grande para que el liquido que contiene no se vaporice completamente o lo llene completamente bajo las condiciones de la temperatura.

CLASE IID:• Para medición de temperatura arriba, abajo y el ambiente. El

bulbo se llena parcialmente con el liquido volátil en equilibrio con su vapor, el tubo capilar y el Bourdon son llenados con un liquido no volátil el cual no se evapora porque su presión de vapor es mayor.

CLASE III: Gas• Pueden utilizarse diversos gases dependiendo el rango de

temperatura que se vaya a medir.

Ventajas

Escalas lineales

Puedes fabricarse de una gran variedad debido por la amplia franja de temperaturas de utilización de los gases

Gases Temperaturas

Helio - 195 a 130 ° C

Nitrógeno -130 a 407 ° C

Argón 470 a 760 °C

CLASE IIIA: Estos tipos de sistemas que son totalmente compensados se

puedes fabricar, pero estos, por lo general no están disponibles comercialmente ya que los sistemas IIIB pueden dar resultados satisfactorios.

CLASE IIIB:• Para la compensación de temperatura ambiente,

los sistemas clase IIIB compensados parcialmente pueden recurrir a un elemento de compensación bimetálico o bien a un segundo elemento de desplazamiento.

• El tamaño del sensor es independiente del alcance de temperatura, y requieren los mayores sensores de todas las cuatro clasificaciones.

• El largo del tubo capilar en los sistemas clase III suelen ser inferiores a 30 m. puesto que a mayor longitud requerirá un sensor mas grande para disminuir los errores provocados por las variaciones de temperatura del ambiente en el capilar

CLASE IV: MercurioLos sistemas llenos de mercurio también operan por el principio de expansión volumétrica, como en el caso de los sistemas de clase 1.

Para compensar los cambios en la temperatura ambiente, se utilizan dos métodos: 

1.-) Compensación bimetálica, la cual contrarresta los efectos del cambio de temperatura solamente en la caja del instrumento. 

2.-) Compensación completa, la cual incluye la compensación en la tubería capilar

CARACTERISTICAS:

o Su aplicación es de -40ºC a 550ºC cuando son compensados.

o Cuando no son compensados se utilizan hasta un máximo de 315ºC.

CLASE IVA:

CLASE IVB:

Termómetro a sistema lleno con distintos compensadores de temperatura ambiente.

a) Construcción simple sin compensación. 1.-sistema de desplazamiento. 2.-capilar, 3.- bulbo sensor, 4.- indicador.

b) Con sistema de compensación parcial (únicamente sobre el sistema de desplazamiento).

c) Con sistema de compensación total (sobre el sistema de desplazamiento y sobre el capilar) 1.1- sistema de desplazamiento, 1.2- sistema de desplazamiento para compensación , 2.1- capilar, 2.2- capilar para compensación, 3- bulbo sensor, 4.- indicador.

Ventajas:oEscalas lineales.

oMuy buena estabilidad con el tiempo.

oBuena resultante motriz para accionar no solo la aguja indicadora, sino también contactos para alarmas de control.

Desventajas:

Su uso actualmente es poco común debido a las restricciones ambientales relacionadas con el mercurio y a la posibilidad de disponer de otros dispositivos de medición para las mismas aplicaciones.