TEMPERATURA INTEGRANTES: Temperatura es una magnitud física que indica la intensidad de calor o frío de un cuerpo, de un objeto o del medio ambiente, en general, medido por un termómetro. El concepto de calor está asociado con una temperatura más alta, mientras que el término frío se asocia con una temperatura más baja. En la física, la temperatura es una magnitud relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico. La energía cinética asociada con el movimiento de las partículas produce una sensación de calor o frío en un sistema. Diferencia entre calor y temperatura El calor es la energía total del movimiento molecular en un cuerpo, temperatura es la medida de dicha energía. El calor depende de la velocidad de las partículas, de su número, de su tamaño y de su tipo. La temperatura no depende del tamaño, ni del número ni del El calor es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Los cuerpos no tienen calor, sino energía interna. Diferencia entre calor y temperatura Calor Temperatura •Energía cinética total de las •Energía cinética promedio de las moléculas de un cuerpo moléculas de un cuerpo •El calor depende de la velocidad •La temperatura no depende del de las partículas, numero, tamaño tamaño, numero o tipo. y tipo. •Si añadimos calor, la temperatura •El calor es lo que hace que la aumenta. Si retiramos calor, temperatura aumente o disminuya disminuye. •El calor es energía. •La temperatura no es energía sino una medida de ella. ESCALA DE TEMPERATURA: unidades y equivalencia En vista de que la medición exacta de la temperatura es de gran importancia en la industria así como en la investigación científica, en los aspectos de la vida cotidiana tales como la comodidad física y la salud, es esencial que las mediciones de temperatura tengan el mismo significado, es decir, que todos utilicen la misma escala de temperatura. Unidades de temperatura La unidad de Temperatura en el SI es el Kelvin (K). Otras unidades de medida de temperatura veremos con las siguientes escalas. ESCALA DE TEMPERATURA: unidades y equivalencia ESCALA DE TEMPERATURA: unidades y equivalencia Escalas de temperatura Escalas absolutas. Son las que parten del cero absoluto, que es la temperatura teórica más baja posible, y corresponde al punto en el que las moléculas y los átomos de un sistema tienen la mínima energía térmica posible. Kelvin (k): S.I. Fue creada por Lord Kelvin, sobre la base de grados Celsius, estableciendo así el punto cero en el cero absoluto (-273,15 ºC) y conservando la misma dimensión para los grados. Rankine (°R): Esta escala es equivalente a la escala termodinámica absoluta expresada en grados Fahrenheit. Así, la temperatura del punto de congelación del agua en la escala Rankine, corresponde a 491,7 °R. Escalas relativas: Celsius (°C): Celsius propuso una escala de temperatura con 0° para el punto de fusión del hielo y 100° para el punto de ebullición del agua. Fahrenheit (°F): El primer paso hacia la construcción de termómetros seguros con una escala que pudiera reproducirse, fue ideado por Daniel Fahrenheit. Para el año 1.714, ya construía termómetros de mercurio, los cuales fueron reconocidos como sistemas bastante superiores a cualquiera de los que se habían producido. Medición de temperatura La medida de temperatura constituye una de las medidas más frecuentes e importantes que se efectúan en los procesos industriales. Las limitaciones del sistema de medida quedan definidas por la precisión, por la velocidad de captación de la temperatura, por la distancia entre el elemento de medida y el aparato receptor y por el tipo de instrumento indicador, registrador o controlador necesarios. Es importante conocer los distintos métodos de medida con sus ventajas y desventajas propias para lograr una selección óptima del sistema más adecuado. Instrumentos para medir la temperatura Los instrumentos medidores de temperatura utilizan diversos fenómenos físicos que son influidos por la temperatura y entre los cuales figuran: Termómetros de Bulbo Termómetros actuados por volumen o liquido Termómetros actuados por presión o vapor Termómetros actuados por gas Termómetros actuados por Mercurio Termómetros bimetálicos Termopares Termómetros de resistencia Termistores Termocuplas Pirómetros: Ópticos De radiación Termómetros de bulbo • Clase I (cambios volumétricos) ◦ Este sistema se define como una unidad térmica completamente llena con un liquido (que no sea mercurio) y operando con el principio de la expansión de los líquidos. Como su dilatación es proporcional a la temperatura, la medición es uniforme. El volumen del liquido depende principalmente de la temperatura del bulbo, del capilar y del elemento de medición. El campo de medición de estos instrumentos varia entre -75 °C y 300 ° C. La exactitud varia entre 0,5% a 1%. ◦ Los cambios de temperatura sobre el capilar afectan la relación de volúmenes de liquido en el capilar y en el bulbo produciendo lecturas de temperatura erróneas. Por este motivo, cuando los capilares son largos y están sometidos a variaciones de temperatura, se hace necesaria la compensación. Termómetros de bulbo • Clase II (Acciones por presión o vapor): Esta clase de termómetros se activa por presión y opera de acuerdo con la ley física según la cual cuando un sistema de presión sellado es vaciado y luego llenado con un liquido volátil y parcialmente con el vapor de este mismo liquido bajo presión, existirá una relación definida entre la temperatura del liquido y la presión de vapor sobre el mismo. Los líquidos mas usados para esta clase de termómetros son el éter, alcohol etílico, propano, cloruro de etilo y butano, seleccionados con el objeto de dar la presión máxima para los diferentes rangos de temperatura. Termómetros de bulbo • Clase III (accionados por gas): Su principio de operación se basa en el hecho de que, para los gases ideales, la presión y el volumen varían con la temperatura de acuerdo a la siguiente ley: P·V=K·T P: presión absoluta V: volumen T: temperatura K: constante que depende del gas El comportamiento de muchos gases se aproxima al ideal y, para los gases tales como el hidrogeno, helio, nitrógeno, argón y otros, es posible medir las desviaciones de la idealidad, tal que la relación PV/T puede cumplirse con una exactitud mejor del 0,1%. La compensación de la temperatura ambiente se lleva a cabo de la misma manera que en el caso de la Clase I, obteniéndose así las clases IIIA y IIIB. Termómetros de bulbo •Clase V (actuados por mercurio): Este sistema es definido como un sistema completamente lleno de mercurio o una amalgama de mercurio-talio y que opera bajo el principio de la expansión de los líquidos. Los métodos utilizados para la compensación de la temperatura ambiente, son los mismos que se utilizan en la Clase I. De esta forma se obtienen las clases VA y VB La ecuación de diseño es la misma de la Clase I: Termómetros de bulbo •Clase V (actuados por mercurio): La diferencia mas notable con el caso de la Clase I consiste en la variación de γ y ΔV pues aquí se toman los valores: ΔV= 0,04 a 0,1 cm³ y γ= 7,3x10¯⁵ °F/ cm³, quedando: Como se podrá observar de esta ultima ecuación, el tamaño del bulbo es mayor que en el caso de la Clase I. El rango de medición varia desde -39 °C hasta 535 °C, con una exactitud de 0,5% a 1% y su respuesta es lenta. Termistor son sensores de temperatura resistivos donde la el elemento sensor cambia su resistencia de acuerdo con las variaciones de temperatura. Existen dos tipos de termistor: aquellos cuya resistencia aumenta en función de la temperatura, también llamados PTC ( Positive Temperature Coefficient ) y aquellos cuya resistencia disminuye conforme aumenta la temperatura, llamados NTC ( Negative Temperature Coefficient). termistor El material base con que están fabricados los termistores es un semiconductor ( igual que los transistores ) que deja pasar parcialmente la corriente. La ventaja de los termistores frente a otros sensores de temperatura es el bajo precio de estos, su amplio rango de medida y lo extendidos que se encuentran, lo que permite encontrar dispositivos a los que se pueden conectar sin mayores problemas. La desventaja principal es que no son lineales, lo que dificulta la adquisición de datos y son complicados de calibrar. De igual forma que otros sensores resistivos como la PT100, los termistores acusan el efecto del auto calentamiento por el paso de corriente, por lo que hay que ser cuidadosos en la tensión y corriente que hacemos circular por el sensor para evitar falsos aumentos de temperatura. termistor Tipos de termistores Elementos termistor El elemento de termistor es la forma más sencilla de termistor. Debido a su tamaño compacto, los elementos de termistor se usan normalmente cuando el espacio es muy limitado. varían no sólo en su factor de forma sino también en sus características de resistencia contra temperatura. Debido a que los termistores son no lineales, el instrumento que se usa para leer la temperatura debe linealisar la lectura. Sondas termistor El elemento de termistor autónomo es relativamente frágil y no se puede poner en un entorno agresivo. OMEGA ofrece sondas de termistor que son elementos de termistor incrustados en tubos metálicos. Las sondas de termistor son mucho más adecuadas para entornos industriales que los elementos de termistor. termistor Curvas resistencia/temperatura PTC Termistores Tabla resistencia/temperatura NTC Pirómetro Un pirómetro es un dispositivo que está diseñado para medir la temperatura de una sustancia sin estar en contacto con ella. Este es un concepto que se aplica con frecuencia para los instrumentos que son capaces de medir las temperaturas que superan los 600 °C. En cuanto al rango de temperatura de un pirómetro, está entre los -50 °C hasta + 4000 °C.
