creus 6 temperatura

7/25/2019 Creus 6 Temperatura

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UNIVERSIDAD TECNOLGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERA

INGENIERA DE PETRLEOS

NOMBRE:

RICARDO CHVEZ

PARALELO:

4TD

INSTRUMENTACIN


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Captulo 6

M!"!a D T#p$atu$a

La medida de temperatura constituye una de las mediciones ms comunes y ms

importantes ue se e!ect"an en los procesos industriales# Las limitaciones del sistema de

medida uedan de!inidas en cada tipo de aplicaci$n por la precisi$n% por la &elocidad de

captaci$n de la temperatura% por la distancia entre el elemento de medida y el aparato

receptor y por el tipo de instrumento indicador% re'istrador o controlador necesarios( es

importante se)alar ue es esencial una comprensi$n clara de los distintos m*todos de

medida con sus &enta+as y des&enta+as propias para lo'rar una selecci$n optima del

sistema ms adecuado#

T$#%#t$o ! &"!$"o

El term$metro de &idrio consta de un dep$sito de &idrio ue contiene% por e+emplo%

mercurio y ue al calentarse se e,pande y su-e en el tu-o capilar# Los mr'enes de

tra-a+o de los !luidos empleados son.

T$#%#t$o '"#t(l")o

Los term$metros -imetlicos se !undan en el distinto coe!iciente de dilataci$n de dos

metales di!erentes% tales como lat$n% monel o acero y una aleaci$n de !erro/n0uel o In&ar

123%3 de n0uel5 laminados con+untamente# Las lminas -imetlicas pueden ser rectas o

cur&es% !ormando espirales o 6*lices#


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T$#%#t$o ! 'ul'o * )ap"la$

Los term$metros tipo -ul-o consisten esencialmente en un -ul-o conectado por un capilar

a una espiral# Cuando la temperatura del -ul-o cam-ia% el 'as o el l0uido en el -ul-o se

e,pande y la espiral tiende a desenrollarse mo&iendo la a'u+a so-re la escala para indicar

la ele&aci$n de la temperatura en el -ul-o#


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T$#%#t$o+ ! $+"+t,)"a

La medida de temperatura utili7ando sondas de resistencia depende de las caracter0sticas

de resistencia en !unci$n de la temperatura ue son propias del elemento de detecci$n#

El elemento consiste usualmente en un arrollamiento de 6ilo muy !ino del conductor

adecuado -o-inado entre capas de material aislante y prote'ido con un re&estimiento de

&idrio o de cermica#

El material ue !orma el conductor se caracteri7a por el llamado 8coe!iciente de

temperatura de resistencia9 ue e,presa a una temperatura especi!icada% la &ariaci$n de

la resistencia en o6mios del conductor por cada 'rado ue cam-ia su temperatura#

T$#"+to$+

Los termistores son semiconductores electr$nicos con un coe!iciente de temperatura de

resistencia ne'ati&o de &alor ele&ado% por lo ue presentan unas &ariaciones rpidas y

e,tremadamente 'randes para los cam-ios relati&amente peue)os en la temperatura#


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Los termistores se !a-rican con $,idos de n0uel% man'aneso% 6ierro% co-alto% co-re%

ma'nesio% titanio y otros metales% y estn encapsulados#

La relaci$n entre la resistencia del termistor y la temperatura &iene dada por la e,presi$n

T$#opa$

El termopar se -asa en el e!ecto descu-ierto por :ee-ec; en B C5 y son ms econ$micos# :e suelen utili7ar los si'uientes.

Conductores tipo para termopares tipo Conductores tipo o tipo T para termopares tipo Conductores tipo T para termopares tipo T Conductores tipo E para termopares tipo E Conductores co-re/co-re n0uel para termopares tipos R% : o F


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C"$)u"to -al&a,o#.t$")o

El circuito 'al&anom*trico se -asa en la des&iaci$n de una -o-ina m$&il situada entre dos

polos de un imn permanente al pasar a su tra&*s la corriente del elemento primario 1!i'#

#>25# El paso de esta corriente produce un campo ma'n*tico ue se opone al del imn

permanente% y la -o-ina m$&il 'ira 6asta ue el par ma'n*tico correspondiente es

euili-rado por el par de tensi$n del muelle#

Gna a'u+a indicadora% ue est unida r0'idamente a la -o-ina m$&il% se despla7a a lo

lar'o de una escala 'raduada% cali-rada en las unidades de medida#

Hay ue se)alar ue los circuitos 'al&anom*tricos no son demasiado a!ectados por las

corrientes parasitas de corriente alterna ya ue el amorti'uamiento normal ue poseen

!iltra muy -ien las se)ales parsitas de alta !recuencia# En cam-io% las se)ales parasitas

de c#c# dan lu'ar a un corrimiento de cero del instrumento#

Es% pues% recomenda-le ue los ca-les de e,tensi$n se instalen -ien separados de losca-les de potencia de la planta% en particular en los casos de corriente continua de alta

intensidad ue circule por los ca-les de alimentaci$n de mauinaria el*ctrica de alta

potencia#


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C"$)u"to pot,)"o#.t$")o

El circuito potenciom*trico est representado en la !i'ura #>4 a% - y c% y consta de una

!uente de tensi$n constante V ue alimenta los dos -ra7os del circuito con corrientes I< e

I> #En la !i'ura #>4 a% el termopar T est conectado al -ra7o in!erior E y% a tra&*s de un

miliamper0metro% al re$stato R# La posici$n R del cursor del re$stato R indica la

temperatura del proceso cuando no pasa corriente por el miliamper0metro% es decir%

cuando el punto C del cursor de re$stato R y el punto E estn a la misma tensi$n#

?or consi'uiente% 'raduando el re$stato dispondr0amos de un instrumento de

temperatura# :in em-ar'o% este m*todo es poco prctico% y se incorpora al circuito un

dispositi&o de auto euili-rio ue sustituye al miliamper0metro por un ampli!icador#

ientras e,ista una di!erencia de potencial entre la !#e#m# desarrollada por el termopar y la

tensi$n dada por el cursor del re$stato R% el circuito ampli!icador e,citara el motor deeuili-rio 6asta ue la posici$n del cursor sea la correcta para la temperatura del proceso

captada por el termopar# As0% pues% la posici$n del cursor representa mecnicamente la

!#e#m# 'enerada por el termopar% y% por Io tanto% su temperatura#

Esta tensi$n es eui&alente a la !#e%m# ue tendr0a el termopar con la uni$n caliente a la

temperatura de la ca+a del instrumento% y la uni$n !r0a a B C#

:i -ien la resistencia de compresi$n de la uni$n o +unta !r0a no es un sistema per!ecto% su

e,actitud -asta para ue el instrumento cumpla con la precisio

2n de% medida del !a-ricante# En e!ecto% la resistencia &aria linealmente con la

temperatura% mientras ue el termopar se caracteri7a por una relaci$n temperatura !#e#m#

ue no es lineal# :e o-tiene as0 una compensaci$n per!ecta en solo dos puntos mientras

ue en los restantes la compensaci$n si -ien no es per!ecta% es ms ue su!iciente en la

mayor parte de las aplicaciones industriales# Cuando se desea una 'ran e,actitud en la

medida o -ien el instrumento no posee una resistencia de compensaci$n interna es

necesario utili7ar ca+as e,teriores de compensaci$n instaladas 'eneralmente en proceso y

en cuyo interior se encuentra la uni$n de re!erencia# Estas ca+as pueden ser de

temperatura controlada o -ien pueden compensar automticamente las &ariaciones de

temperatura am-iente#


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P"$%#t$o+ D Ra!"a)"%,

Los pir$metros de radiaci$n se !undan en la ley de :te!an/Folt7mann% ue dice ue laintensidad de ener'0a radiante 1en @s por unidad de rea5 emitida por la super!icie deun# #cuerpo% aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura a-soluta1el&in5 del cuerpo% es decir% J K El9# En la !i'ura #>3 se representa el 'r!ico de ener'0aradiante de un cuerpo ne'ro a &arias temperaturas en !unci$n de la lon'itud de onda#Desde el punto de &ista de medici$n de temperaturas industriales% las lon'itudes de ondat*rmicas a-arcan desde %< micras para las radiaciones ultra&ioletas% 6asta micraspara las radiaciones in!rarro+as#

?uede o-ser&arse ue la radiaci$n &isi-le ocupa un inter&alo entre la lon'itud de onda de%43 micras para el &alor &ioleta 6asta % micras para el ro+o#

Los pir$metros de radiaci$n miden% pues% la temperatura de un cuerpo a distancia en!unci$n de su radiaci$n# Los instrumentos ue miden la temperatura de un cuerpo en!unci$n de la radiaci$n luminosa ue este emite% se denominan pir$metros $pticos de

radiaci$n parcial o pir$metros $pticos y los ue miden la temperatura capturando toda ouna 'ran parte de la radiaci$n emitida por el cuerpo% se llaman pir$metros de radiaci$ntotal#

P"$%#t$o+ %pt")o+

Los pir$metros $pticos manuales se -asan en la desaparici$n del !ilamento de unalmpara al compararlo &isualmente con la ima'en del o-+eto en!ocado# ?ueden ser de dostipos.

a5 De corriente &aria-le en la lmpara#

-5 De corriente constante en la Impara con &ariaci$n del -rillo de la ima'en de la!uente#

Los pir$metros $pticos automticos son parecidos a los de radiaci$n in!rarro+os ue seestudian ms adelante y consisten esencialmente en un disco rotati&o ue modulades!asadas la radiaci$n del o-+eto y la de una lmpara estndar ue inciden en un!ototu-o multiplicador# Este en&0a una se)al de salida en !orma de onda cuadrada deimpulsos de corriente continua ue con&enientemente acondicionada modi!ica la corrientede alimentaci$n de la lmpara estndar 6asta ue coinciden en -rillo la radiaci$n delo-+eto y la de la lmpara#


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El coeficiente de emisin de energa radiante1medida de la caracter0stica relati&a delcuerpo para emitir ener'0a radiante5 depende muc6o del estado de la super!icie del

cuerpo emisor( para un metal como el co-re pasa de %


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P"$%#t$o

/otol.)t$")o

El pir$metro !otoel*ctrico% al tener un detector !otoel*ctrico% es muc6o ms rpido ue lossensores t*rmicos% pero de-e mantenerse re!ri'erado a muy -a+a temperatura mediantenitr$'eno l0uido para reducir el ni&el de ruido el*ctrico#

La se)al de salida depende de la temperatura instantnea del &olumen del detector% por loue e&ita los retardos in6erentes al aumento de la temperatura de la masa del detectorue e,isten en los otros modelos de pir$metros#

El instrumento con detector !otoel*ctrico de uso 'eneral tiene un campo de tra-a+o de 23a B C% pudiendo en!ocar desde < m 6asta el in!inito% posee una constante de tiempode >%> o > ms y una se)al de salida de


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termopares de ?t/?t@R6% de peue)as dimensiones y montados en serie# La radiaci$nest en!ocada incidiendo directamente en las uniones calientes de los termopares# :ureducida masa les 6ace muy sensi-les a peue)as &ariaciones de la ener'0a radiante% y%adems muy resistentes a &i-raciones o c6oues# La parte de los termopares e,puesta ala radiaci$n esta enne'recida% para comportarse como un cuerpo ne'ro% aumentado as0

sus propiedades de a-sorci$n de ener'0a% y proporcionando la !#e#m# m,ima#

El pir$metro puede disponer de los si'uientes accesorios.

Lente posterior para en!ocar correctamente la radiaci$n en la termopila# Dispositi&o de re!ri'eraci$n por aire ue prote'e la lente contra un calentamiento

e,cesi&o y% al mismo tiempo% Va mantiene limpia de los 'ases o &apores uepueden estar en contacto con el tu-o de mira#


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Dispositi&o de re!ri'eraci$n por a'ua empleado usualmente con el dispositi&o de

re!ri'eraci$n por aire# Este accesorio impide ue el cuerpo del pir$metro secaliente e,cesi&amente por conducci$n a lo lar'o del tu-o de mira% o por radiaci$nde otras !uentes#

Dispositi&o automtico de se'uridad para aislar la lente del proceso y prote'er el

pir$metro en el caso de ue una llama lo alcance directamente# Tu-os de mira con e,tremo a-ierto ue se utili7a para prote'er la lente% o -ien

para impedir la lle'ada de radiaciones de otras !uentes e,tra)as a las ue se estapuntando#

Tu-os de mira con e,tremo cerrado ue se emplean en 6ornos con atmos!era a

presi$n% o con 'ases particularmente a'resi&os y en las medidas de temperaturade metales !undidos en los ue el tu-o de mira de-en estar sumer'ido 1por lae,istencia de escorias en la super!icie de metal% ue dar0an lu'ar a unatemperatura le0da err$nea5# El !ondo del tu-o es la !uente de radiaci$n% y lasparedes laterales tienen poca in!luencia# Al ser el tu-o cerrado% las condiciones detra-a+o se apro,iman a las de cuerpo ne'ro#

Los tu-os cermicos se utili7an 6asta


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Los tu-os cermicos mis utili7ados estn !ormados esencialmente de los materiales.

Car-uro de silicio% ue se utili7a principalmente en 6omos por o!recer -uenas

caracter0sticas t*rmicas% respuesta rpida a las &ariaciones de temperatura yresistencia a los cam-ios -ruscos de temperatura#

:illramic% material re!ractario &itri!icado ue% a temperaturas ele&adas% presenta

'ran resistencia al c6oue t*rmico y a la penetraci$n de los 'ases presentes en el6orno% pero posee -a+a resistencia mecnica# ?or estos moti&os% este tu-o de-eser usado con 'ran precauci$n# En los tratamientos t*rmicos en -a)os de salescon&iene% en la puesta en marc6a% calentarlo lentamente y sumer'irlo a poca&elocidad 1se recomienda unos >3 mm por minuto5% para e&itar un -rusco c6ouet*rmico ue dar0a lu'ar a su rotura#

Las lentes de p0re, se utili7an en el campo de temperaturas de =3 a % micras( ue las de s0lice !undida de+an pasar ondas de 2 a 2%3 micras%y ue las de !luoruro de calcio% lo 6acen 6asta micras( las llamas no luminosas irradia ya-sor-en ener'0a en una -anda anc6a de >%4 a 2%> micras de-ido a la presencia de C> y

&apor de a'ua# De este modo% el empleo de la lente de p0re, elimina prcticamente todaslas lon'itudes de onda correspondientes a la ener'0a irradiada por el C> y &apor de a'uay por consi'uiente la medida de la temperatura no &iene in!luida por la presencia dellamas no luminosas#


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Gn cuerpo opaco emite a una temperatura dada una cantidad de ener'0a de radiaci$n uedepende del material y de la !orma de la super!icie# La medida de la caracter0stica relati&adel cuerpo para emitir ener'0a radiante reci-e el nom-re de coe!iciente de emisi$n oemisi&idad# El cuerpo puede re!le+ar ener'0a radiante adicional% procedente de cuerpospr$,imos% llamas% etc#% de modo ue si tiene un -a+o coe!iciente de emisi$n re!le+ar una'ran cantidad de ener'0a incidente% y% al contrario% con un alto coe!iciente de emisi$n laener'0a re!le+ada -a+a#

:i la emisi&idad del cuerpo es conocida% el instrumento receptor lle&a acoplado unpeue)o re$stato de a+uste ue permite a+ustar directamente la lectura a la temperatura

e,acta del cuerpo caliente#

Al captar la radiaci$n de un cuerpo opaco% la !#e#m# o-ser&ada en la termopila es menorue la correspondiente a la temperatura &erdadera% siendo su relaci$n.

La ener'0a radiante ue emer'e de una peue)a a-ertura en la pared de un recintocalentado uni!ormemente y con paredes opacas 1ue ten'a o no o-+etos en su interior a lamisma temperatura5% tiende a ser radiaci$n de cuerpo ne'ro% ya ue la ener'0a ue entra

o sale de la a-ertura no se re!le+a sino ue es a-sor-ida a tra&s de las innumera-lesre!le,iones internas# Este es el caso de muc6os instaladores industriales en las ue elpir$metro en!oca directamente a una a-ertura del 6omo% o al e,tremo de un tu-o de miracerrado#

Gn pir$metro de radiaci$n cali-rado para condiciones de cuerpo ne'ro indicar una -a+atemperatura al en!ocar a un cuerpo opaco instalado en el e,terior de !orma ue este nore!le+e prcticamente ener'0a radiante de otras !uentes#


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VELOCLDAD DE RESPUESTA DE LOS INSTRUMENTOS DE TEMPERATURA

La constante de tiempo de un instrumento es el tiempo necesario para ue alcance el2%> de la &ariaci$n total de temperatura ue e,perimenta# Es decir% si un instrumento

cuya sonda o elemento primario pasa de un recinto de B C a otro de >B C puedealcan7ar el 2%> de la di!erencia > / K >B C en %< se'undo( este tiempo ser laconstante de tiempo de la medida con el instrumento#

Los elementos primarios el*ctricos% sondas de resistencia% termistores% termopares ypir$metros de radiaci$n se caracteri7an porue el tiempo de respuesta depende"nicamente del intercam-io t*rmico entre el !luido y el elemento% ya ue la corrienteel*ctrica circula per los ca-les de cone,i$n a la &elocidad de la lu7% directamente alreceptor#

En la sonda de resistencia% la masa a calentar est !ormada por una -o-ina de 6iloarrollada en un n"cleo y em-e-ida en una cpsula r0'ida#

Los elementos de temperatura estn normalmente inmersos en &ainas termom*tricas o entu-os de protecci$n para tener as0 una protecci$n mecnica o -ien estar aislados del!luido cuya temperatura miden# La &aina se emplea para altas temperaturas y presiones yel espesor de sus paredes es mayor ue el de los tu-os de protecci$n% por lo cual%l$'icamente% su &elocidad de respuesta ser menor ue el de estos# ?or otro Iado% las&ainas o tu-os de-en tener un dimetro interior en el cual a+usten per!ectamente loselementos( de este modo se consi'ue ue la transmisi$n t*rmica se realice casi


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e,clusi&amente por conducci$n a tra&*s de las paredes sin ue e,ista un &olumenaprecia-le de aire ue de lu'ar a una trasmisi$n intermedia por con&ecci$n# Hay uese)alar ue cuando las temperaturas de tra-a+o son relati&amente -a+as puedeintroducirse en el e,tremo interno de la &aina o del tu-o una 'rasa especial de altaconducci$n calor0!ica o -ien aceite% ue cola-oran e!ica7mente en la o-tenci$n de una

respuesta muy rpida del sistema#

:iempre ue ello sea posi-le% se recomienda prescindir de las &ainas o tu-os deprotecci$n para eliminar el retardo considera-le ue presentan a la transmisi$n de latemperatura#

Otros !actores ue in!luyen en la respuesta son la clase de !luido ue rodea al elemento yla &elocidad de circulaci$n% cuanto mayor sea esta "ltima tanto mayor ser el suministrode calor del !luido al elemento de temperatura# En el aire% por e+emplo% el elemento tieneuna constante de tiempo mayor ue en un l0uido% por lo cual se recomienda ue la&elocidad del aire sea como m0nimo de > m@s para reducir as0 el coe!iciente de retardo# :ila &elocidad del !luido es e,cesi&a% la !recuencia de la onda tur-ulenta 'enerada puedei'ualar la !recuencia natural de la &aina o del tu-o% con lo ue stos pueden entrar enresonancia y romperse# ?ara e&itarlo% la &aina de-e tener las paredes 'ruesas#


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La pro!undidad de inmersi$n tiene tam-i*n su importancia# :i es insu!iciente% no permiteuna respuesta su!icientemente rpida y e,iste el ries'o de un error dinmico importante#

El error dinmico es in6erente a toda medida% ya ue siempre se trans!iere ener'0a entreel !luido y el elemento y esta trans!erencia reuiere necesariamente un cierto tiempo parae!ectuarse#

Gn elemento con un ca-e7al no aislado de la atm$s!era am-iente con+untamente con unaescasa pro!undidad de inmersi$n% est* su+eto a errores ya ue el calor del !luido se pierdeen parte a tra&*s de las paredes del recipiente o tu-er0a sin trans!erirse totalmente alelemento# Este e!ecto es tanto ms importante cuanto ms -a+a sea la temperatura y msse apro,ime a la am-iente#


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