02 SitrainTemperatura

Temperatura
S&C
Instrumentación de proceso
y
analítica
Capitulo II
Gabriel Asaa
Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
Temperatura
Cómo Viaja el Calor?
1-Conducción (en sólidos)
2-Convección:(En líquidos y gases)
Imagen térmica infrarroja mostrando como
hierve el aceite en una sartén
Imagen térmica de la galaxia
3-Radiación: conocida también como radiación infrarroja,
es un tipo de radiación electromagnética (o luz).
Temperatura
Unidades
En el sistema métrico el calor se mide en unidades llamadas julios,
En el sistema británico se mide en Unidades Térmicas Británicas (BTU).
El calor también se puede medir en calorías.
.
Un BTU es la cantidad de calor necesaria para subir la temperatura de una libra de agua un
grado Fahrenheit.
1 BTU = 1,000 Julios
Una caloría es la cantidad de calor necesaria para subir la temperatura de un gramo de agua
un grado Celsisus.
1 caloría (cal) = 4.186 Julios
Temperatura
Aplicaciones
Dispositivo
Termómetro de liquido en vidrio
a. Alcohol
Escalas de temperatura
aplicables
°F
°C
Exactitud
aproximada
°F
-90 a 150
-70 a 65
±1
b. Mercurio
-35 a 600
-40 a 300
± 0.5
c. Mercurio lleno con gas
-35 a 1000
-40 a 550
± 0.5
Termómetro de expansión de fluido
a. Liquido o gas
-150 a 1000
-100 a 550
±2
b. Presión de vapor
20 a 400
-4 a 200
±2
Cinta bimetálica
-100 a 1000
-70 a 550
± 0.5
Termómetro de resistencia eléctrica
-300 a 1800
-180 a 1000
± 0.005
Termistor
-100 a 500
-70 a 250
± 0.02
Termopar
Cobre - Constantán
-300 a 650
-180 a 350
± 0.5
Termopar
Hierro - Constantán
-300 a 1200
-180 a 650
± 0.5
Termopar
Cromel - Alumel
-300 a 2200
-180 a 1200
± 0.5
Termopar
Platino - Platino con 10% de sodio
0 a 3000
-15 a 1650
± 0.5
Pirómetro óptico
1200 más
650 más
± 20
Respuesta
°C
transitorios
Notas
±
0.
5
±
0.
2
5
±
0.
2
5
Mala
Usados como termómetros baratos
para temperaturas bajas.
Mala
Exactitud de ± 0.1°F (0.05°C que puede
obtenerse con termómetros calibrados
especialmente.
Mala
Exactitud de ± 0.1°F (0.05°C que puede
obtenerse con termómetros calibrados
especialmente.
±
1
±
1
±
0.
2
5
±
0.
0
0
2
5
±
0.
0
1
±
0.
2
5
±
0.
2
5
±
0.
2
5
±
0.
2
5
±
1
0
Mala
Ampliamente usados en las mediciones
industriales de temperatura.
Mala
Mala
Ampliamente usados como dispositivos
simples de medición de temperatura
De regular
a bueno
El mas exacto de todos los métodos
Muy bueno
Util para los circuitos compensadores
de temperatura; las cuentas termistores
pueden obtenerse en tamaños muy
pequeños.
Buena
Buena
Superior en atmósferas reductoras
Buena
Resistente
a
la
temperaturas altas
Buena
Salida baja; el mas resistente a la
oxidación a temperaturas altas
Mala
oxidación
a
Ampliamente usado en medición de
temperaturas en hornos industriales.
Temperatura
RTD
Son sensores de temperatura resistivos. Ante un
aumento de temperatura hay un aumento de la
resistencia eléctrica .
Pt100
Un tipo de RTD son las Pt100. Estos sensores
deben su nombre al hecho de estar fabricados de
platino (Pt) y presentar una resistencia de 100ohms
a 0ºC. Son dispositivos muy lineales en un gran
rango de temperaturas.
.
Pt1000, con una resistencia de 1000ohms a 0ºC
Temperatura
RTD
Temperatura
RTD
Temperatura
Temperatura
RTD: 2 hilos
Temperatura
Conexión a 2 hilos
RTD: 2 hilos
Transmisor
RL1
URL1
UT
UM
V
RT
A
URL2
IM
RL2
RT =
U M − ( U RL1 + U RL 2 )
*
= R T − R L1 + R L 2
IM
(
*
F = R T − R T = R L1 + R L 2
)
Temperatura
RTD: 3 hilos
Temperatura
Conexión a 3 hilos
RTD: 3 hilos
Transmisor
RL1
URL1
URL3
UT
UM
V
RT
URL2
RL2
RT =
U M − U RL 2
*
+ R L 1 = R T − R L 2 + R L1
IM
*
F = R T − R T = R L1 − R L 2 ≈ 0 Ω
A
IM
Temperatura
RTD: 4 hilos
Temperatura
Conexión a 4 Hilos
RTD: 4 hilos
Transmisor
RL1
URL1
URL3
UT
UM
RT
V
URL3
A
URL2
RL2
RT =
UM
UT
=
IM
IM
F = 0Ω
IM
Temperatura
Termopares o Termocupla
(Efecto Peltier/Thomson)
Efecto Thomson
Temperatura
Tipos de Termopares
Tipo K (Cromo (Ni-Cr) / Aluminio (aleación de Ni-Al)): con una amplia variedad de aplicaciones, está disponible a un
bajo costo y en una variedad de sondas. Tienen un rango de temperatura de -200 ºC a +1.200 ºC y una sensibilidad
41µV/°C aprox.
Tipo E (Cromo / Constantán (aleación de Cu-Ni)): No son magnéticos y gracias a su sensibilidad, son ideales para el
uso en bajas temperaturas, en el ámbito criogénico. Tienen una sensibilidad de 68 µV/°C.
Tipo J (Hierro / Constantán): debido a su limitado rango, el tipo J es menos popular que el K. Son ideales para usar
en viejos equipos que no aceptan el uso de termopares más modernos. El tipo J no puede usarse a temperaturas
superiores a 760 ºC ya que una abrupta transformación magnética causa una descalibración permanente. Tienen un
rango de -40ºC a +750ºC.
Tipo N (Nicrosil (Ni-Cr-Si / Nisil (Ni-Si)): es adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada
estabilidad y resistencia a la oxidación de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S
que son más caros.
Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los más estables, pero debido a su baja sensibilidad (10 µV/°C aprox.)
generalmente son usados para medir altas temperaturas (superiores a 300 ºC).
Tipo B (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): son adecuados para la medición de altas temperaturas superiores a 1.800 ºC. El
tipo B por lo general presentan el mismo resultado a 0 ºC y 42 ºC debido a su curva de temperatura/voltaje.
Tipo R (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): adecuados para la medición de temperaturas de hasta 1.600 ºC. Su baja
sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado quitan su atractivo.
Tipo S (Hierro / Constantán): ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1.600 ºC, pero su baja
sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado precio lo convierten en un instrumento no adecuado para el uso general. Debido
a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibración universal del punto de fusión del oro (1064,43 °C).
Tipo T: es un termopar adecuado para mediciones en el rango de -200 ºC a 0 ºC. El conductor positivo está
hecho de cobre y el negativo, de constantán.
Los termopares con una baja sensibilidad, como en el caso de los tipos B, R y S, tienen además una resolución
menor. La selección de termopares es importante para asegurarse que cubren el rango de temperaturas a determinar.
Temperatura
Tipos de Termopares
Temperatura
Curvas características de Termopares
Temperatura
Termistor
NTC (Negative Temperature Coefficient) NTC
Son resistencias de coeficiente de
temperatura negativo, constituidas por un cuerpo semiconductor cuyo coeficiente de
temperatura es elevado, es decir, su conductividad crece muy rápidamente con la
temperatura. Se emplean en su fabricación óxidos semiconductores de níquel, zinc,
cobalto, étc.
La relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal sino exponencial (no
cumple la ley de Ohm). Dicha relación cumple con la fórmula siguiente:
R = A . e B/T
PTC:
(Positive Temperature Coefficient) es una resistencia variable cuyo valor
se ve aumentado a medida que aumenta la temperatura.
Temperatura
Ej. De Implementación
Medida de la velocidad
Temperatura
Sistema de medición
De temperatura
Amplificador
Variable no
Eléctrica
T
Ajuste de
linealidad
Convertidor a
Variable eléctrica
Ejm. Temperatura
en voltaje
Sensor
U/R
Conversión de
señal
Diagnostico
Transmisor
Salida
Analógica/Digital
Temperatura
Instrumento de 2 Hilos
Transmisor
Fuente
+
+
Variable de Entrada
Variable de salida : 4 - 20 mA
Ej. Presión
-
Auxiliary Power (UH)
Load RL
Temperatura
Instrumento de 4 Hilos
Transmisor
+
Variable de entrada
UM
Variable de salida: 0/4 - 20 mA
Ej.. Presión
-
Carga RL
Fuente
Carga Máxima RL ≤ 650 Ω
Temperatura
Señal de salida
g Analógica
g HART
Señal de salida
Señal de salida
20 mA
20 mA
Output current
2200 Hz 1200 Hz
"0"
"1"
4 mA
4 mA
Tiempo
Tiempo
Temperatura
Temperatura
Conversor
Temperatura
Temperatura
Preguntas:
Carlos Alvarez
[email protected]