Medición de Temperatura

Medición de Temperatura Instrumentación y control de procesos Ing. Miguel A. Morales G.

Efectos de la temperatura

Termómetros de vidrio El termómetro de líquido encerrado son los más familiares y constan de un depósito de vidrio que contiene, por ejemplo, mercurio y que al calentarse se expande y aumenta su volumen en el tubo capilar, su bulbo, relativamente grande en la parte más baja del termómetro, contiene la mayor cantidad del líquido, el cual se expande cuando se calienta y sube por el tubo capilar en el cual se encuentra grabada una escala apropiada con marcas.

Líquidos termométricos Mercurio............................................-35 hasta +280 ºC Mercurio (tubo capilar lleno de gas).-35 hasta+450 ºC Pentano............................................-200 hasta +20 ºC Alcohol..............................................-110 hasta +50ºC Tolueno.............................................-70 hasta +100ºC

Termómetros industriales

termopozos

Instalación del termopozo

Sistemas rellenos Este es uno de los métodos más antiguos utilizados para indicación local, registro y control y actualmente su uso se limita a transmisores, sobretodo en lazos neumáticos.

Clasificación general

Termómetros bimetálicos

Presentación comercial

Termómetros eléctricos    

Termopar Termómetros de resistencia (RTD) Termistores (NTC) Termo transistores

Termopares

Tipos de termopares

Emisividad

Tipos de termopar

Ventajas y desventajas de los termopares

Termoresistencias ( RTD`s)

Materiales

RTD’s o Termoresistencia

Medición de las RTD`s

Ventajas y desventajas de las RTD`s

Termistor

Presentación de un NTC

Ventajas y desventajas de un termistor

Sensores de temperatura de silicio termotransistores Los sensores de silicio, son circuitos integrados que aprovechan la variación predecible del voltaje de la unión baseemisor (VBE) de los transistores bipolares para realizar mediciones confiables y exactas de temperatura. Se caracterizan por su pequeño tamaño y son especialmente apropiados para aplicaciones de medición y control de temperatura en el rango de -55°C a +150°C. Además, no requieren de etapas de linealización

Conexionado

Termómetros sin contacto pirómetros Un pirómetro, es un dispositivo capaz de medir la temperatura de una sustancia sin necesidad de estar en contacto con ella. El término se suele aplicar a aquellos instrumentos capaces de medir temperaturas superiores a los 600 grados celsius. El rango de temperatura de un pirómetro se encuentra entre -50 grados celsius hasta +4000 grados celsius. Una aplicación típica es la medida de la temperatura de metales incandescentes en molinos de acero o fundiciones.

Pirómetro de radiación

Pirómetro de radiación La figura muestra, de forma simplificada, la forma de operación de un pirómetro de radiación. La parte esencial del dispositivo consiste en una especie de lente de pirex sílice o fluoruro de calcio que concentra la radiación del objeto caliente en un termopila formada por varios termopares de pequeñas dimensiones y montadas en serie. La radiación está enfocada incidiendo directamente en las uniones calientes de los termopares. Su reducida masa los hace muy sensibles a pequeñas variaciones de energía radiante y además muy resistentes a vibraciones o choques. La parte de los termopares expuesta a la radiación está ennegrecida para comportarse como un cuerpo negro, aumentando así sus propiedades de absorción de energía y propiciando la fuerza electromotriz máxima.

Pirómetro de radiación

Pirómetros ópticos Los pirómetros ópticos manuales se basan en la desaparición del filamento de una lámpara al compararlo visualmente con la imagen del objeto enfocado. Pueden ser de dos tipos: de corriente variable en la lámpara y de corriente constante en la lámpara con variación del brillo de la imagen de la fuente.

Pirómetros fotoeléctricos consisten en un disco rotativo que modula desfasadas la radiación del objeto y la de una lámpara de referencia que inciden en un fototubo multiplicador, este envía una señal de salida en forma de onda cuadrada de impulsos de corriente continua que convenientemente acondicionada modifica la corriente de alimentación de la lámpara de referencia hasta que coinciden en brillo la radiación del objeto y la de la lámpara. En este momento, la intensidad de corriente que pasa por la lámpara es función de la temperatura.

Pirómetro infrarrojo

divisor de haz

Cámaras termográficas

Campo de medida de los instrumentos de temperatura

Calibración de Termómetros Muchos termómetros pueden ser calibrados fácilmente y con precisión. Antes de calibrar, revise el termómetro y las instrucciones del fabricante para asegurarse de que se puede calibrar manualmente.

EQUIPO. El equipo necesario que se ocupa normalmente para realizar una calibración es el siguiente: 1. Termómetro de referencia. 2. Indicador para el termómetro de referencia. 3. Indicador para el termómetro bajo prueba. 4. Fuente de temperatura.

Indicadores

Fuentes de temperatura. Existen principalmente dos tipos de fuentes de temperatura para calibración industrial, los baños líquidos y los calibradores de bloque seco, en cualquier caso lo que se busca de ellos es lo siguiente: · Estabilidad y Uniformidad acorde con la incertidumbre deseada (Se recomienda una relación 10:1) · Intervalo de temperatura apropiado al intervalo deseado de calibración. · Suficiente profundidad para la inmersión de los termómetros.

Características de los baños líquidos       

Alta exactitud Adaptable a distintos diámetros y profundidad de inmersión de termómetros Normalmente no son portátiles Cambios de temperatura lentos Requiere de termómetro de referencia externo Es crítica la selección del fluido Intervalo de temperatura de uso restringido

Aplicaciones de lazos de control con temperatura La detección, medición y control de temperatura en procesos industriales es necesaria en los siguientes casos: 

 

En operaciones que involucran transferencia de calor, como los intercambiadores de calor, hornos, evaporadores calderas y equipos de refrigeración Control de reacciones químicas sensibles a la temperatura. Operación de equipos, como torres de destilación, tanques de almacenamiento, torres de enfriamiento, mezcladores, cristalizadores, etc.

TERMOSTATO Un termostato es el componente de un sistema de control simple que abre o cierra un circuito eléctrico en función de la temperatura. Su versión más simple consiste en una lámina bimetálica como la que utilizan los equipos de aire acondicionado para apagar o encender el compresor.

TERMOSTATO Otro ejemplo lo podemos encontrar en los motores de combustión interna, donde controlan el flujo del líquido refrigerante que regresa al radiador dependiendo de la temperatura del motor.

CONTROLADORES DE TEMPERATURA

Válvulas de control de Temperatura de acción directa FUNCIONAMENTO:

Válvulas de control de Temperatura de acción directa FUNCIONAMENTO:

Válvulas de control de Temperatura de acción directa FUNCIONAMENTO:

Válvulas de control de Temperatura de acción directa FUNCIONAMENTO:

Instalaciones Típicas Tanque agua alimentacion de calderas

Instalaciones Típicas Tanques con serpentin

Instalaciones Típicas Almacenamiento de agua caliente

Válvulas de Control de Temperatura Actuadas Neumatica y Electricamente

Elementos de Control Automatico

SENSOR

CONTROLADOR

ACTUADOR ATUADOR

VÁLVULA

INTERCAMBIADORES DE CALOR Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de refrigeración, acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico. Un intercambiador típico es el radiador del motor de un automóvil, en el que el fluido refrigerante, calentado por la acción del motor, se refrigera por la corriente de aire que fluye sobre él y, a su vez, reduce la temperatura del motor volviendo a circular en el interior del mismo.

INTERCAMBIADORES DE CALOR

QUEMADORES Un quemador es un dispositivo para quemar combustible líquido, gaseoso o ambos (excepcionalmente también sólido) y producir calor generalmente mediante una llama. Habitualmente va asociado a una caldera o un generador de calor para calentar agua o aire, pero también se usa en procesos industriales para calentar cualquier sustancia. En función de su tamaño, los puede haber desde uno como un encendedor de cigarros para calentar una probeta hasta uno gigantesco capaz de producir 30000 KW o más.

QUEMADORES

CONTROL QUEMADORES

Resistencias eléctricas

LAMPARAS INFRARROJAS

CONTROL RESISTENCIA

EQUIPOS DE REFRIGERACION Son máquinas térmica diseñada para tomar calor de un foco frío (temperatura más baja) y transferirlo a otro caliente (temperatura más alta), es decir, es un "frigorífico" o, lo que es lo mismo, una "máquina frigorífica". Para su funcionamiento, según el 2º Principio de la Termodinámica es necesario aplicar un trabajo externo, por lo cual el refrigerador, sea cual sea su principio funcionamiento, consumirá energía. Conforme las solicitaciones energéticas se definen un abanico de posibilidades y configuraciones en equipos de refrigeración en función de temperatura, potencia, caudal de aire, tipo de instalación, volumen de control y otras variables.

CICLOS DE REFRIGERACIÓN

Elementos típicos Del Loop de Control de temperatura Set Point Point Set Variable Manipulada Aire Comprimido (0,2 a 1,0 bar) Corriente Eléctrica 4 a 20 mA

Actuador Neumático/ Eléctrico

Elemento Elemento de de Controle Control Dispositivo Dispositivo de de Controle Control

Válvula, resistencia , quemador

Controlador Controlador

Proporcional (P) Prop +Integral (P+I) Prop. + Int.+ Derivativo (P+I +D)

Set point remoto

Variable Medida Señal de Temperatura

Elemento Elemento deMedida Medida de

Sensor de Temperatura. Condiçión de Control

Processo Proceso Horno, caldera, Intercambiador de Calor