Instrumentación
Industrial
Medición de Temperatura
Instrumentación Industrial
Capacidades Terminales de la Unidad Didáctica:
• Reconocer las diversas formas de medición de variables
industriales.
Medición de Temperatura
Introducción
La medida de la temperatura es una de las más comunes y de las más
importantes que se efectúan en los procesos industriales. Casi todos los
fenómenos físicos están afectados por ella. La temperatura se utiliza,
frecuentemente, para inferir el valor de otras variables del proceso.
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Medición de Temperatura
Introducción
Existen diversos fenómenos que son influidos por la temperatura y que son
utilizados para medirla:
a) Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos (sólidos, líquidos o
gases).
b) Variación de resistencia de un conductor (sondas de resistencia).
c) Variación de resistencia de un semiconductor (termistores).
d) La f.e.m. creada en la unión de dos metales distintos (termopares).
e) Intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo (pirómetros de
radiación).
f) Otros fenómenos utilizados en laboratorio (velocidad del sonido en un
gas, frecuencia de resonancia de un cristal, etc.).
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Medición de Temperatura
Temperatura
Es una propiedad de la materia que ofrece una medida del promedio de
energía cinética de las partículas que la forman. Sus unidades de media son:
°C, °K, °F y °R.
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Medición de Temperatura
Calor
Calor es el intercambio de energía térmica entre dos cuerpos a diferentes
temperaturas en dirección de mayor a menor. No hay transferencia de calor
entre dos sistemas que se encuentran a la misma temperatura. Sus unidades
de medida son: Joule, BTU, Caloría.
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Medición de Temperatura
Pirometría
Se llama pirometría al arte de medir las variaciones producidas por la acción
del fuego en los cuerpos sólidos o en otro concepto para medir las más
elevadas temperaturas.
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Medición de Temperatura
Criometría
Se llama criometría a la medición de bajas temperaturas, en general cercanas
al cero absoluto.
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Medición de Temperatura
Termometría
La termometría se encarga de la medición de la temperatura de cuerpos o
sistemas. Para este fin se utilizan diversos instrumentos que se basan en el
cambio de alguna propiedad de la materia debido al efecto del calor.
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Medición de Temperatura
Escalas de Temperatura
En la actualidad se emplean diferentes escalas de temperatura; entre ellas
están:
o Centígrada
o Fahrenheit
o Kelvin
o Rankine
°𝐶 °𝐹 − 32 °𝐾 − 273 °𝑅 − 491
=
=
=
5
9
5
9
• Punto de ebullición del agua: 100°C 373°K 212°F 671°R
• Punto de fusión del agua: 0°C 273°K 32°F 491°R
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Medición de Temperatura
Escalas de Temperatura
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Medición de Temperatura
Instrumentos
Para la medición de temperatura se emplean los siguientes instrumentos:
•
•
•
•
•
•
•
•
Termómetros de vidrio
Termómetros bimetálicos
Elementos primarios de bulbo y capilar rellenos de líquido, gas o vapor
Termómetros de resistencia
Termopares
Pirómetros de radiación
Termómetros ultrasónicos
Termómetros de cristal de cuarzo
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Medición de Temperatura
Presión
La presión es una fuerza por unidad de superficie y puede expresarse en
unidades tales como pascal, bar, atmósferas, kilogramos por centímetro
cuadrado y psi (libras por pulgada cuadrada).
El pascal es 1 newton por metro cuadrado (1 N/m2), siendo el newton la
fuerza que aplicada a un cuerpo de masa 1 kg le comunica una aceleración de
1 m/s2. Como el pascal es una unidad muy pequeña, se emplean también el
kilopascal (1 kPa = 10-2 bar), el megapascal (1 MPa = 10 bar) y el gigapascal (1
GPa = 10.000 bar).
En la industria se utiliza también el bar (1 bar = 105 Pa = 1,02 kg/cm2) y el
kg/cm2, si bien esta última unidad, a pesar de su uso todavía muy extendido,
se emplea cada vez con menos frecuencia, en particular en nuevas plantas.
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Medición de Temperatura
Ejercicio 1
Se realiza una inspección térmica sobre el componente de un sistema y se
determina una diferencia de temperatura de 6.5°C entre su temperatura actual
y la temperatura considerada como normal. Cuando la temperatura del
componente supere los 14°F de su condición normal, se debe intervenir el
sistema. Determinar la condición actual del equipo y recomendé que acción
tomar.
Solución:
T(°F) = 1.8 x T(°C) + 32
T(°F) = 1.8 x T(°C)
T(°F) = 1.8 x 6.5 = 11.7°F
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Medición de Temperatura
Ejercicio 2
La temperatura de ebullición del oxígeno es de 90,19 K. Determine dicha
temperatura en las escalas Celsius, Fahrenheit y Rankine.
Solución
Datos: TE = 90,19 K
Celsius = K – 273 = 90,19 – 273 = -182,81 ºC
Fahrenheit = 9°C / 5 + 32 = 9 x (-182,81) / 5 + 32 = -297,058
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Medición de Temperatura
Ejercicio 3
¿En qué valor numérico, una medida de temperatura en la escala Celsius es el
doble que en la escala Fahrenheit?
Solución
Datos: °F = x
°C = 2x
°F = 9°C/5 + 32 === > x = 9 ● 2x / 5 + 32 === > 5 (x – 32) = 18x
=== > 5x – 160 = 18x === > 13x = - 160
x = -12,3 º
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Medición de Temperatura
Escala Internacional de Temperaturas
Esta escala, denominada Escala Práctica Internacional de Temperatura (IPTS)
fue inicialmente presentada en 1927. Luego de sucesivas modificaciones, en
1968, una nueva escala entra en vigencia (IPTS-68).
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Medición de Temperatura
Efectos Mecánicos
Termómetro de Vidrio:
El termómetro de vidrio consta de un depósito de vidrio que contiene, por
ejemplo, mercurio y que al calentarse, se expande y sube en el tubo capilar.
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Medición de Temperatura
Efectos Mecánicos
Termómetro de Vidrio:
Los márgenes de trabajo de los fluidos empleados son:
o
o
o
o
o
Mercurio
Mercurio (tubo capilar lleno de gas)
Pentano
Alcohol
Tolueno
-35 °C hasta +280 °C
-35 °C hasta +450 °C
-200 °C hasta +20 °C
-110 °C hasta +50 °C
-70 °C hasta +100 °C
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Medición de Temperatura
Efectos Mecánicos
Termómetro Bimetálico:
Los termómetros bimetálicos se fundamentan en el distinto coeficiente de
dilatación de dos metales diferentes, tales como latón, monel o acero y una
aleación de ferroníquel o Invar (35,5% de níquel) laminados conjuntamente. Las
láminas bimetálicas pueden ser rectas o curvas, formando espirales o hélices.
Un termómetro bimetálico típico contiene pocas parte móviles, sólo la aguja
indicadora sujeta al extremo libre de la espiral o hélice y el propio elemento
bimetálico. El eje y el elemento están sostenidos con cojinetes, y el conjunto
está construido con precisión para evitar rozamientos. No hay engranajes que
exijan un mantenimiento.
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Medición de Temperatura
Efectos Mecánicos
Termómetro Bimetálico:
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Medición de Temperatura
Efectos Mecánicos
Termómetros de Bulbo y Capilar:
Los termómetros tipo bulbo y capilar consisten, esencialmente, en un bulbo
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
desenrollarse, moviendo la aguja sobre la escala para indicar la elevación de la
temperatura en el bulbo.
Hay cuatro clases de este tipo de termómetros:
o Clase I. Termómetros actuados por líquido
o Clase II. Termómetros actuados por vapor
o Clase III. Termómetros actuados por gas
o Clase IV. Termómetros actuados por mercurio
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Medición de Temperatura
Efectos Mecánicos
Termómetros de Bulbo y Capilar:
Termómetros actuados por líquido (Clase I)
Tienen el sistema de medición lleno de líquido y, como su dilatación es
proporcional a la temperatura, la escala de medición resulta uniforme.
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Medición de Temperatura
Efectos Mecánicos
Termómetros de Bulbo y Capilar:
Termómetros actuados por vapor (Clase II)
Se basan en el principio de presión de vapor. Contienen un líquido volátil cuya
interface se encuentra en el bulbo. Al subir la temperatura aumenta la presión
de vapor del líquido. La escala de medición no es uniforme, sino que las
distancias entre divisiones van aumentando hacia la parte más alta de la escala,
donde hay mayor sensibilidad.
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Medición de Temperatura
Efectos Mecánicos
Termómetros de Bulbo y Capilar:
Termómetros actuados por vapor (Clase II)
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Medición de Temperatura
Efectos Mecánicos
Termómetros de Bulbo y Capilar:
Termómetros actuados por vapor (Clase II)
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Medición de Temperatura
Efectos Mecánicos
Termómetros de Bulbo y Capilar:
Termómetros actuados por gas (Clase III)
Están completamente llenos de gas. Al subir la temperatura, la presión de
gas aumenta prácticamente de forma proporcional y, por lo tanto, estos
termómetros tienen escalas lineales. La presión en el sistema depende,
principalmente, de la temperatura del bulbo, pero también de la
temperatura del tubo capilar y del elemento de medición, siendo necesario
compensar la temperatura del ambiente en el sistema de medición.
La constante de tiempo de los termómetros de gas es de 1 a 4 segundos. Se
utiliza como gas el nitrógeno, que es inerte y barato. A bajas temperaturas
se emplea el helio. El campo de medición de temperaturas varía entre -80 °C
y 600 °C.
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Medición de Temperatura
Efectos Mecánicos
Termómetros de Bulbo y Capilar:
Termómetros actuados por mercurio (Clase VI)
Son similares a los termómetros actuados por líquido (clase l) y se caracterizan
por su rápida respuesta, exactitud y potencia de actuación. La presión interna
del mercurio varía de 28 bar a bajas temperaturas hasta 80 bar a altas
temperaturas, lo que elimina los errores de diferencia de altura entre el bulbo y
el tubo Bourdon. El campo de medición de temperaturas varía entre -40 °C y
650 °C. Pueden tener compensación en la caja y compensación total
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Bibliografía
Creus, Antonio. (2011). Instrumentación industrial. México D.F. : Alfaomega
(629.8/C85/2011)
J. Fraile, P. Garcia (2013) Instrumentación aplicada a la Ingenieria. Madrid/
Ibergarceta publicaciones, S.L
(621381I/F81).
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