Temperatura S&C Instrumentación de proceso y analítica Capitulo II Gabriel Asaa Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria Temperatura Cómo Viaja el Calor? 1-Conducción (en sólidos) 2-Convección:(En líquidos y gases) Imagen térmica infrarroja mostrando como hierve el aceite en una sartén Imagen térmica de la galaxia 3-Radiación: conocida también como radiación infrarroja, es un tipo de radiación electromagnética (o luz). Temperatura Unidades En el sistema métrico el calor se mide en unidades llamadas julios, En el sistema británico se mide en Unidades Térmicas Británicas (BTU). El calor también se puede medir en calorías. . Un BTU es la cantidad de calor necesaria para subir la temperatura de una libra de agua un grado Fahrenheit. 1 BTU = 1,000 Julios Una caloría es la cantidad de calor necesaria para subir la temperatura de un gramo de agua un grado Celsisus. 1 caloría (cal) = 4.186 Julios Temperatura Aplicaciones Dispositivo Termómetro de liquido en vidrio a. Alcohol Escalas de temperatura aplicables °F °C Exactitud aproximada °F -90 a 150 -70 a 65 ±1 b. Mercurio -35 a 600 -40 a 300 ± 0.5 c. Mercurio lleno con gas -35 a 1000 -40 a 550 ± 0.5 Termómetro de expansión de fluido a. Liquido o gas -150 a 1000 -100 a 550 ±2 b. Presión de vapor 20 a 400 -4 a 200 ±2 Cinta bimetálica -100 a 1000 -70 a 550 ± 0.5 Termómetro de resistencia eléctrica -300 a 1800 -180 a 1000 ± 0.005 Termistor -100 a 500 -70 a 250 ± 0.02 Termopar Cobre - Constantán -300 a 650 -180 a 350 ± 0.5 Termopar Hierro - Constantán -300 a 1200 -180 a 650 ± 0.5 Termopar Cromel - Alumel -300 a 2200 -180 a 1200 ± 0.5 Termopar Platino - Platino con 10% de sodio 0 a 3000 -15 a 1650 ± 0.5 Pirómetro óptico 1200 más 650 más ± 20 Respuesta °C transitorios Notas ± 0. 5 ± 0. 2 5 ± 0. 2 5 Mala Usados como termómetros baratos para temperaturas bajas. Mala Exactitud de ± 0.1°F (0.05°C que puede obtenerse con termómetros calibrados especialmente. Mala Exactitud de ± 0.1°F (0.05°C que puede obtenerse con termómetros calibrados especialmente. ± 1 ± 1 ± 0. 2 5 ± 0. 0 0 2 5 ± 0. 0 1 ± 0. 2 5 ± 0. 2 5 ± 0. 2 5 ± 0. 2 5 ± 1 0 Mala Ampliamente usados en las mediciones industriales de temperatura. Mala Mala Ampliamente usados como dispositivos simples de medición de temperatura De regular a bueno El mas exacto de todos los métodos Muy bueno Util para los circuitos compensadores de temperatura; las cuentas termistores pueden obtenerse en tamaños muy pequeños. Buena Buena Superior en atmósferas reductoras Buena Resistente a la temperaturas altas Buena Salida baja; el mas resistente a la oxidación a temperaturas altas Mala oxidación a Ampliamente usado en medición de temperaturas en hornos industriales. Temperatura RTD Son sensores de temperatura resistivos. Ante un aumento de temperatura hay un aumento de la resistencia eléctrica . Pt100 Un tipo de RTD son las Pt100. Estos sensores deben su nombre al hecho de estar fabricados de platino (Pt) y presentar una resistencia de 100ohms a 0ºC. Son dispositivos muy lineales en un gran rango de temperaturas. . Pt1000, con una resistencia de 1000ohms a 0ºC Temperatura RTD Temperatura RTD Temperatura Temperatura RTD: 2 hilos Temperatura Conexión a 2 hilos RTD: 2 hilos Transmisor RL1 URL1 UT UM V RT A URL2 IM RL2 RT = U M − ( U RL1 + U RL 2 ) * = R T − R L1 + R L 2 IM ( * F = R T − R T = R L1 + R L 2 ) Temperatura RTD: 3 hilos Temperatura Conexión a 3 hilos RTD: 3 hilos Transmisor RL1 URL1 URL3 UT UM V RT URL2 RL2 RT = U M − U RL 2 * + R L 1 = R T − R L 2 + R L1 IM * F = R T − R T = R L1 − R L 2 ≈ 0 Ω A IM Temperatura RTD: 4 hilos Temperatura Conexión a 4 Hilos RTD: 4 hilos Transmisor RL1 URL1 URL3 UT UM RT V URL3 A URL2 RL2 RT = UM UT = IM IM F = 0Ω IM Temperatura Termopares o Termocupla (Efecto Peltier/Thomson) Efecto Thomson Temperatura Tipos de Termopares Tipo K (Cromo (Ni-Cr) / Aluminio (aleación de Ni-Al)): con una amplia variedad de aplicaciones, está disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas. Tienen un rango de temperatura de -200 ºC a +1.200 ºC y una sensibilidad 41µV/°C aprox. Tipo E (Cromo / Constantán (aleación de Cu-Ni)): No son magnéticos y gracias a su sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito criogénico. Tienen una sensibilidad de 68 µV/°C. Tipo J (Hierro / Constantán): debido a su limitado rango, el tipo J es menos popular que el K. Son ideales para usar en viejos equipos que no aceptan el uso de termopares más modernos. El tipo J no puede usarse a temperaturas superiores a 760 ºC ya que una abrupta transformación magnética causa una descalibración permanente. Tienen un rango de -40ºC a +750ºC. Tipo N (Nicrosil (Ni-Cr-Si / Nisil (Ni-Si)): es adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidación de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S que son más caros. Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los más estables, pero debido a su baja sensibilidad (10 µV/°C aprox.) generalmente son usados para medir altas temperaturas (superiores a 300 ºC). Tipo B (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): son adecuados para la medición de altas temperaturas superiores a 1.800 ºC. El tipo B por lo general presentan el mismo resultado a 0 ºC y 42 ºC debido a su curva de temperatura/voltaje. Tipo R (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): adecuados para la medición de temperaturas de hasta 1.600 ºC. Su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado quitan su atractivo. Tipo S (Hierro / Constantán): ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1.600 ºC, pero su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado precio lo convierten en un instrumento no adecuado para el uso general. Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibración universal del punto de fusión del oro (1064,43 °C). Tipo T: es un termopar adecuado para mediciones en el rango de -200 ºC a 0 ºC. El conductor positivo está hecho de cobre y el negativo, de constantán. Los termopares con una baja sensibilidad, como en el caso de los tipos B, R y S, tienen además una resolución menor. La selección de termopares es importante para asegurarse que cubren el rango de temperaturas a determinar. Temperatura Tipos de Termopares Temperatura Curvas características de Termopares Temperatura Termistor NTC (Negative Temperature Coefficient) NTC Son resistencias de coeficiente de temperatura negativo, constituidas por un cuerpo semiconductor cuyo coeficiente de temperatura es elevado, es decir, su conductividad crece muy rápidamente con la temperatura. Se emplean en su fabricación óxidos semiconductores de níquel, zinc, cobalto, étc. La relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal sino exponencial (no cumple la ley de Ohm). Dicha relación cumple con la fórmula siguiente: R = A . e B/T PTC: (Positive Temperature Coefficient) es una resistencia variable cuyo valor se ve aumentado a medida que aumenta la temperatura. Temperatura Ej. De Implementación Medida de la velocidad Temperatura Sistema de medición De temperatura Amplificador Variable no Eléctrica T Ajuste de linealidad Convertidor a Variable eléctrica Ejm. Temperatura en voltaje Sensor U/R Conversión de señal Diagnostico Transmisor Salida Analógica/Digital Temperatura Instrumento de 2 Hilos Transmisor Fuente + + Variable de Entrada Variable de salida : 4 - 20 mA Ej. Presión - Auxiliary Power (UH) Load RL Temperatura Instrumento de 4 Hilos Transmisor + Variable de entrada UM Variable de salida: 0/4 - 20 mA Ej.. Presión - Carga RL Fuente Carga Máxima RL ≤ 650 Ω Temperatura Señal de salida g Analógica g HART Señal de salida Señal de salida 20 mA 20 mA Output current 2200 Hz 1200 Hz "0" "1" 4 mA 4 mA Tiempo Tiempo Temperatura Temperatura Conversor Temperatura Temperatura Preguntas: Carlos Alvarez carlososwaldo.alvarez@Siemens.com