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Medir la temperatura

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     La medida de la temperatura es muy importante en el control de procesos industriales. Como en todos los casos anteriores, nos encontramos con que hay distintos modos de medirla, dependiendo de la precisión, rapidez y costo.

Aquí las unidades son tres, Centígrados o Celsius, Fahrenheit y Kelvin o Absoluta, y para el cambio de escalas pulsar AQUÍ.

Algunos de los métodos utilizados son los siguientes:

                   Termistores (NTC y PTC)

                   Termoresistencias (Pt-100)

                   Termopares

                   Pirómetros

 

Termistores: Estos elementos varían su resistencia en función de la temperatura. Si la resistencia aumenta son las PTC ( Coeficiente Positivo de Temperatura) y si baja su resistencia NTC ( Coeficiente Negativo de Temperatura).

Su uso queda restringido a sus características no lineales dentro de un margen estrecho de trabajo, pero a su favor tienen que la variación de resistencia para una variación pequeña de la temperatura es muy grande, por eso se suelen utilizar sobre todo en controles de temperaturas (NTC), o en sondas para el sobrecalentamiento de motores (PTC).

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Termoresistencias (Pt-100): Uno de los sistemas más empleados para la medida de la temperatura.

Consiste en en un hilo de un material determinado, por lo general platino, y que aumenta su resistencia en función de la temperatura. La principal característica es que el valor óhmico es de 100 Ω a 0ºC, y su variación es muy lineal dentro de un amplio margen de temperatura. Su limitación está en que no es recomendable usarla por encima de los 300 ºC, aunque ya hay algunos modelos que soportan más de 700 ºC. AQUÍ os dejo una tabla con los valores de resistencia/temperatura de las Pt-100.

Para la medida remota de la temperatura, y debido a la baja resistencia del elemento, la influencia de la resistencia de la línea de transmisión influye y mucho. Al principio, había que ajustar el indicador de cada Pt-100 una vez conectada, para compensar la resistencia de la línea. Esto se soluciono con las Pt-100 a tres hilos, en la que se compensa automáticamente en valor del cable, dando igual si está cerca o lejos del indicador o convertidor, al introducir el valor de la línea en dos ramas del puente de Wheatstone que es el utilizado para la medida. También existen Pt-100 con cuatro hilos, pero esas solo se suelen utilizar en laboratorios o medidas muy exactas, por lo que no son de uso muy generalizado.

Las conexiones de una Pt-100 a 3 y 4 hilos es como sigue:

Por lo general no llevamos encima una tabla de los valores de la termoresistencia cuando vamos a comprobarla a campo, pero como una pequeña ayuda para saber si está más o menos bien, deciros que el coeficiente de temperatura es de aproximadamente 4Ω  por cada 10 ºC. Como muestra un botón;

1º) Medimos la Pt-100: 135 Ω

2º) Medimos los dos comunes: 0.87 Ω

3º) Restamos las dos cantidades: 134.13 Ω

4º) Restamos 100: 34.13 Ω

5º) Dividimos por 4: 8,5

6º) Multiplicamos por 10: 85 ºC.

Ahora si miramos en la tabla el valor correspondiente a 134.13  Ω, este ronda los 88 ºC.

Las termoresistencias por lo general no están directamente en contacto con el producto, por eso se usan los Termopozos, picar en el enlace y sabréis un poco más.

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Termopares: Otro sistema para la medida de temperatura ampliamente utilizado.

Se basa en el efecto Seebeck de la diferencia de potencial entre dos metales diferentes cuya uniones se encuentran a diferente temperatura. Un ejemplo practico lo pueden comprobar los que tienen un empaste dentario metálico y lo tocan con el tenedor o la cuchara y da un pequeño cosquilleo.

Para una mejor compresión lo voy a subdividir en estos apartados:

                  Tipos de Termopares

                  Cables de Compensación

                  Termopozos

                  Trucos

 

 Tipos de Termopares:

Hay muchos y diversos tipos de termopares y cada uno para aplicaciones muy especiales, ya que por lo general no suelen ser lineales en todo el rango de temperatura, por lo que deberemos de buscar el más adecuado a nuestra aplicación.

Con los distintos tipos de termopares podemos cubrir el margen de temperatura desde los -250 ºC hasta los 1800 ºC.

Aquí va una relación de los principales tipos y de los materiales de los que están construidos:

  • Tipo K Chromel (aleación de Ni-Cr) /Alumel (aleación de Ni -Al): Para uso desde temperatura ambiente hasta los 1375 ºC
  • Tipo E Chromel (aleación de Ni-Cr) / Constantán (aleación de Cu-Ni):Muy utilizados en bajas temperaturas hasta los 1000ºC
  • Tipo J Hierro / Constantán (aleación de Cu-Ni): Se usan hasta los 750 ºC y son propensos a la corrosión. Eran muy populares hasta la aparición del tipo K
  •  Tipo T Cobre / Constantan (aleación de Cu-Ni): Se utiliza cuando la temperatura va desde - 60 ºC hasta los 300 ºC

  • Tipo N Nicrosil (aleación de Ni-Cr-Si) / Nisil (aleación de Ni-Si): Se usa principalmente en altas temperatura para ahorrarnos termopares del tipo de platino, pero a costa de menor resolución.
  • Tipo B Platino + Rodio (30 %) / Platino + Rodio (6 %) : Usados en muy altas temperaturas, hasta los 1800 ºC. Caros

  • Tipo R Platino + Rodio (13 %) / Platino: Solo hasta 1700 ºC pero igualmente caro

  • Tipo S Platino + Rodio (10 %) / Platino : También hasta los 1700 ºC, pero el tipo S es utilizado para la calibración universal del punto de fusión del oro (1064,43 °C).

El Primero es el Positivo y el segundo el Negativo.

Actualmente se están probando otras aleaciones y metales puros como el paladio, renio, tungsteno de los que ya tendremos noticias.

Aquí os dejo unas tablitas con los distintos valores de mV/Temperatura de los principales tipos: "K", "E", "J", "T", "N", "B", "R", "S".

 

Tipos de Cables:

El gran problema de los termopares es llevar la señal de mV desde el termopar hasta el convertidor. Lo ideal seria un cable idéntico al del termopar, pero eso resultaría muy caro. Para ello se usan cables de compensación, que no son como los de los termopares pero tienen características termoeléctricas muy parecidas a bajas temperaturas, por lo que anulamos el efecto de las uniones frías.

¿ Y que es eso de las uniones frías?, pues muy fácil si un termopar es la unión de dos cables con distintos metales, pues si utilizamos el cable que nos da la gana o con el solo hecho de medir con el polímetro estamos formando un termopar de polaridad inversa que nos resta esa temperatura de la unión a la medida. En la sección Trucos os explico como saber algo más practico en conexiones de termopares.

Para cada tipo de termopar existe un cable de compensación y no lo podemos utilizar en otro tipo. Dependiendo de los estándares, americanos, europeos, japoneses, etc. existen muchos tipos de cables.

Estos se distinguen por tener la funda exterior de un color y cada cable de otro. AQUÍ os dejo una tabla que he visto en muchos talleres y que es muy buena. No os amarguéis colores y no hacer uso de la memoria, mirar la tabla y no fallareis.

Termopozos:

Los termopozos y Pt-100, no suelen ponerse directamente en contacto con el producto a medir, si no que se introducen en unas "vainas" llamadas termopozos, los cuales si están en contacto con el producto. Los hay de muchas formas y materiales, pero debemos de tener la precaución de colocar el adecuado en cada lugar, ya que todos no tienen la misma resistencia a productos corrosivos, temperatura, desgaste, etc.

Por norma general el termopar ya sea desnudo, el cable con abalorios de porcelana, o blindados, dentro de un tubo por lo general de inoxidable, deben de llegar hasta el fondo del termopozo, para que capten la temperatura rápidamente. No olvidar que el gran problema de la medida de la temperatura es la inercia del calor, si apagamos la estufa durante un rato nos sigue calentando, y cuando la encendemos pasa un rato hasta que nos calienta, por eso nos interesa captar esa temperatura lo antes posible.

Trucos: Aquí van una serie de notas para cuando tengáis que medir o conectar termopares y cables de compensación.

Si medís un termopar con el polímetro en mV y a temperatura ambiente, este os dará 0 mV, Para saber si está correcto, medirlo en Ohmios, y para saber la polaridad calentar la punta.

Si medís en mV en la cabeza del termopar y luego miráis las tablas, a la temperatura que os de le tenéis que sumar la temperatura de donde se mide. Cuidado que muchas veces la cabeza del termopar esta muy caliente.

Cuando empalméis cables de compensación, hacerlo cable a cable directamente, y si utilizáis fichas de empalme, que los dos cables estén directamente en contacto.

Si tenéis dudas con la polaridad del cable de compensación, cortar un trocito y hacer un termopar, calentar la punta y medir con el polímetro en mV. No falla.

En caso de mucha necesidad y en temperaturas no muy altas, hasta 150ºC, si no tenéis un termopar a mano, el mismo cable de compensación os puede dar el avío con un pequeño error. No usar con temperaturas más altas, puesto que el cable no está fabricado como termopar sino como compensador.

Cuando utilicéis un equipo que mide temperatura, fijaros que hace la compensación de temperatura interior. En caso de compensación exterior, o os buscáis un vaso de hielo o le tenéis que sumar la temperatura ambiente.

Pirómetros: Estos equipos se basan en que todo elemento que esté por encima del cero absoluto emite una radiación electromagnética en función de su temperatura.

La gran ventaja de estos equipos es que no tienen que estar en contacto con el producto y su gran rapidez de respuesta, su desventaja es su coste y un mantenimiento muy continuado por estar generalmente en sitios especiales.

Para su colocación en sitios con altas temperaturas, se refrigera o bien con agua o con aire o incluso con ambas cosas, para evitar el calentamiento de la electrónica asociada.

Dependiendo de la forma de medida, pueden ser Pirómetros Ópticos o de Radiación.

Una parte fundamental para la calibración de estos equipos es la "emisividad" del producto. Esta está definida como la relación entre la capacidad de radiación de la superficie y la de un cuerpo negro a la misma temperatura. Esta depende mucho del estado de la materia, liso, pulido, liquido, oxidado, etc. por eso hay que saber la emisividad del producto antes de colocarlo.

Pirómetros Ópticos: Estos equipos lo que hacen es que comparan la luz emitida por el objeto con el filamento de una lámpara hasta que desaparece éste. Si el filamento está más caliente se verá rojo y si está más frío negro. La luminosidad del filamento se puede hacer variar de forma manual o automática.

Estos equipos están limitados al espectro de la radiación visible.

Pirómetros de radiación: Está constituido por una lente que enfoca la radiación hasta el elemento de medida, bien un par termoeléctrico simple o compuesto, termopares del tipo S, Tubos de vacío, etc. Dependiendo del tipo de lente y de las condiciones de trabajo, pueden llegar a medir más de 3000 ºC

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