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Temperatura


Temperatura: En el control de proceso se define como la intensidad de calor de un cuerpo y posee la propiedad de transferirse entre sistema.
Rango de Proceso: Es el intervalo entre los valores mínimo y máximo que la variable puede alcanzar.
Unidades de la temperatura: Existe diferentes unidades para representarla, sin embargo nos limitaremos a expresarla en Grados: Fahreheit, Kelvin, Celsius o Centígrados y Ranking, cuya relaciones son:
°C (Grados Celsius) = (°F - 32) x 5/9
°F (Grados Fahrenheit) = (°C x 9/5) + 32
°K (Grados Kelvin) = °C + 273,16
°R (Grados Ramkine) = °F + 459,67
Escala de Medición: Esta basado en un punto fijo que tiene asignado valores numéricos definidos de temperatura. Los puntos fijos a una unidad (1) atmosférica son:
1. Punto de Oxigeno: Temperatura de Equilibrio entre el Oxigeno Liquido y su Vapor… -182.970 ºC
2. Punto de Hielo: Temperatura de Equilibrio entre el Hielo, Agua liquida y Aire Saturado… 0 ºC
3. Punto del Vapor: Temperatura de Equilibrio entre el Agua liquida y su Vapor… 100 ºC
4. Punto del Azufre: Temperatura de Equilibrio entre la Plata sólida y liquida… 960.8 ºC
5. Punto de Oro: Temperatura de Equilibrio entre Oro sólido y liquido… 1.063 ºC

Sensores de Temperatura: Se clasifican en dos grades grupos
1. Sensores de Transmisión Local: Son aquellos cuya representación del valor de la temperatura esta dada en el mismo sensor.

Se puede clasificar en:
a. Termómetro de Vidrio: Consta de un deposito de vidrio que contiene por ejemplo mercurio que al calentarse se expande y sube en el tubo capilar.
b. Termómetro bimetalito: Esta formado por dos metales con distintos coeficientes de dilatación, unidos formando una espiral o heice.
c. Termómetro de Llenado: Conocido también como termómetro de bulbo y capilar, Son sensores que dentro del bulbo posee liquido, gas o vapor que al calentarse se expande hacia un mecanismo en forma de espiral que tiende a desarrollarse moviendo una aguja sobre una escala para indicar la elevación de la temperatura en el bulbo.

2. Sensores de Transmisión Remota: Son aquellos que mediante algún fenómeno físico o eléctrico se acoplan a un transmisor para luego transmitir la información a un sitio remoto. Los sensores que nos utilizan son
a. Termostato: Es un switch bipolar que se acopla a un mecanismo que al sensar la temperatura pre-establecida se activa pasando de un estado a otro de abierto a cerrado o viceversa.
b. Semiconductores: Los diodos cambian aproximadamente de 2.2 mV/°C en un rango de temperatura de -55°C a 150°C; este efecto puede aprovecharse para medición de temperatura; su mayor problema es la linealidad.
c. Termistores: Son sensores con un coeficiente de temperatura de resistencia negativo y de valor elevado en Kilohmios, para un aumento de temperatura corresponde una disminución de la resistencia del termistor y viceversa. La expresión matemática que relaciona la resistencia del termistor con la temperatura absoluta es:

Donde: R(T): Es la resistencia a la temperatura absoluta T (Kilohmios)
R(To): Es la resistencia a la temperatura absoluta To (Kilohmios)
T: Es la temperatura en °K
To: Es la temperatura de referencia en °K
ß: Es la constante de temperatura y depende del material usado para fabricar el termistor
d. Termopares o Termocuplas: Es un sensor de temperatura formado por la unión de dos metales distinto, se fundamenta en el efecto descubierto por Seebeck en 1821 que consiste en la circulación de una corriente en un circuito conformado por dos metales distintos cuyas uniones (unión de referencia o fría y unión de medida caliente) se mantiene a distintas temperaturas. El termopar convierte directamente una diferencia de temperatura en una fuerza electromotriz en milivoltios (mV), llevando la unión caliente a una temperatura "Tc", distinta de la temperatura "Tf" de la otra unión. La fuerza electromotriz (tensión Termocupla) que es una función de la diferencia de temperatura Tc - Tf. Si se conoce la temperatura fría "Tf" se puede calcular la temperatura de unión caliente "Tc" simplemente midiendo la fuerza electromotriz.
e. Termorresistencia: Se basa en el principio de la variación de la resistencia que algunos materiales presenta de un modo elevado al variar la temperatura. La medida de temperatura se reduce, por tanto, a la medida de una resistencia; su ecuación matemática es:R=Ro[1+A*T+B*T2+C*(T-100).T3], donde:
R: Resistencia en Ohmios
T: Es la temperatura en ºC
Ro: Es la resistencia en ohmios a 0ºC.
Para DIN 43760, se tiene que:
A: 3.90802 X 10 -3
B: -5.80195 X 10 -7
C=0 Para valores de T>=0ºC y -4.2735 X 10 -12 para T<0ºC

Las características principales son:
a. Constancia de las características con el tiempo y con las variaciones de la temperatura.
b. Repetibilidad de la característica con el fin de obtener un perfecto intercambio de elementos.
c. Elevada variación de la resistencia en función de la temperatura.
La resistencia están normaliza de la siguiente manera:

EJERCICIOS PROPUESTO:
1. Se tiene una Termocupla con V=1.019mV y con recubrimiento simple color púrpura, se desea conocer su temperatura.
2. Se tiene un elemento de temperatura TE-01 que es una termorresistencia PT 100 (Norma DIN 43760), con R=102,34 Ohmios, un transmisor de temperatura TT-01 cuya lectura es 6ºC. el rango de trabajo va de -5ºC a 10ºC. determinar la corriente de salida del transmisor.
3. Se tiene un ambiente con indicación de temperatura por equipo patrón igual 15ºC y dos lazos. El lazo 01 esta formado por una Termocupla tipo K con una tensión V=0.451 mV, un transmisor con una corriente de salida de 12 mA y un indicador con un valor de 12ºC. El lazo 02 esta formado por una termorresistencia PT 200 DIN 43760 con R=109.5 ohmios, un transmisor con una corriente de salida de 14 mA y un indicador con un valor de 12ºC. El rango de campo va de -10ºC a 80ºC. Los rangos de los transmisores de temperatura son de 4 a 20 mA para el lazo 1 y de 10 a 50 mA para el lazo 2. se requiere saber los elementos del lazo que están descalibrados.
4. Se tiene un tanque con un elemento patrón que indican una temperatura de 5ºC y una termorresistencia de platino Pt 100 según norma Din 43760 con una resistencia R=101.95 ohmios acoplada a un transmisor calibrado y un indicador en un papel central que indican 6ºC. ¿Cuál elemento esta descalibrado o dañado?

 


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Fecha de Actualización: 19/12/2005