Termómetros: Selección del Instrumento Adecuado para su Proceso
En la mayoría de las industrias los procesos termodinámicos juegan un rol protagonista por lo que la medición de temperatura es fundamental. Por ello para empezar definiremos brevemente el concepto de temperatura.
Temperatura: Es una medida de la energía térmica, que no es otra cosa que la energía interna del objeto. Forma parte de las magnitudes fundamentales para el entendimiento del estado termodinámico. Esta magnitud es medida a través de un instrumento que denominamos Termómetro.
Por lo tanto, un termómetro es un instrumento sensible a la temperatura que se traduce a una escala definida. Una de las escalas más utilizadas es la escala en grados Celsius que está basada en el punto de congelación y ebullición del agua (a 1 atmósfera) los cuales se asignaron como 0ºC y 100 ºC respectivamente. Sin embargo, en la física es necesario utilizar escalas absolutas por lo que se definió la escala de Kelvin, la cual contempla como cero el cero absoluto ideal en donde las partículas no poseen movimiento alguno (carecen de energía térmica). Existen además otras escalas entre las que destacan la escala de grados Fahrenheit perteneciente al sistema inglés y su contraparte absoluta el Rankine.
Podemos distinguir los termómetros considerando varios aspectos entre los que mencionaremos dos fundamentales para adentrarnos en sus cualidades:
- Según su Transferencia
- Según su Sensor
- Según su Indicación
Según Tipo de Transferencia
Existen 3 formas básicas de transmisión de energía térmica: conducción, convección y Radiación. Los termómetros están construidos en función de ellas.
Conducción
Para la conducción es necesario el contacto con el cuerpo a medir, por ello los sensores que se utilizan para medir a través de este método se denominan de contacto y son los más usuales. Los termómetros digitales suelen tener sus sensores dentro de vainas generalmente metálicas de diámetros normalizados, ubicándolos próximo al extremo. Dado que el tipo de transferencia estos termómetros son rápidos. Los tiempos de medición dependen básicamente del tipo de respuesta del sensor y de la masa de la vaina y su relleno.
Convección
Para la convección es necesario un fluido en movimiento (líquido o gaseoso). La tasa de transferencia dependerá de ese movimiento. Para el análisis de los termómetros en necesario diferenciar los fluidos:
- Líquidos: Se pueden utilizar los termómetros de contacto, siempre y cuando se encuentren sellados para evitar que el líquido penetre dentro de la vaina. El movimiento del fluido es necesario para homogeneizar el área de medición, es decir, que la temperatura del líquido sea pareja en todo el volumen.
- Gases: Para gases hay que tener en cuenta que la transferencia es mucho más lenta por lo que los tiempos de estabilización son mucho más largos, más aún sin un movimiento del fluido. Estos últimos se suelen denominar termómetros ambientales. Sus vainas suelen ser cortas y pequeñas de modo de disminuir la masa y así acortar un poco el tiempo de respuesta.
Radiación
En este tipo de transferencia no existe contacto. Los cuerpos emiten energía en forma de luz infrarroja según la energía térmica que poseen. Para medir mediante este tipo de termómetros es fundamental entender que la energía que medimos es la de la superficie y que depende de las cualidades de ella entre la destaca su emisividad. Para conocer más sobre los termómetros IR le recomendamos visitar la Nota Técnica: Calibración de Termómetros Infrarrojos
Según su Sensor
Existen diferentes tipos de fenómenos que son proporcionales a la temperatura, de ellos nacen los diferentes tipos de termómetros. Desarrollaremos los sensores de los termómetros de contacto (también presentes en los ambientales) que son los más habituales en la industria:
Termómetros de líquido en vidrio
Se basan en la propiedad del líquido de expandirse con la temperatura. Muy utilizados en la antigüedad, han perdido protagonismo con la aparición de los termómetros digitales.
Termistores
Son sensores basados en las propiedades de los semiconductores. Son muy económicos y tienen una precisión aceptable para muchos usos. Su relación no es lineal por lo cual debe usarse en zonas acotadas o compensar la curva.
Termopares (TC)
Es una juntura de dos metales diferentes en donde se genera una diferencia de potencial que es función de la temperatura. Este efecto es conocido como Seebeck. Existe una gran variedad de junturas, cada una con sus ventajas y usos. Su relación de conversión a temperatura están normalizadas en tablas según la norma entre la que se destacan las IEC-60584 y la ASTM 230.
Detectores de Temperatura de Resistencias (RTD)
Utilizan como elemento sensor un RTD el cual está compuesto por un hilo de material resistivo sensible a la temperatura. Son más costosos y sensibles pero alcanzan mejores especificaciones que los anteriores. También poseen conversiones normalizadas como la de la norma IEC 60751 y la ASTM E 1137. En los casos en que se quiere lograr mayor precisión en la medición se pueden definir curvas específicas para cada sonda utilizando Callendar Vandusen o los coeficientes de la ITS-90.
Para conocer más sobre los instrumentos a seleccionar para cada uso recomendamos las notas: Selección de Instrumentos para Medición de Temperatura Parte I (RTD), Parte II (Termopares) y Parte III (Termistores y Termómetros de Líquido en Vidrio)
Según su Indicación
Existen varias formas de presentar la información. Con el avance de la tecnología pasamos de escalas a dial difíciles de interpretar a escalas digitales, de muestras instantáneas a registros de medición, los cuales empezaron descargandose de la unidad y hoy podemos visualizar desde una aplicación del teléfono. Para poder categorizar estas diferentes formas de presentar la medición es que distinguiremos tres grandes grupos:
Lectura Directa
Son aquellos instrumentos que presentan la medición instantánea.
Data Logger
Aquellos que presentan un tren de datos relacionados con el tiempo en que fueron medidos o logeo. Pueden ser de logeo interno, por wifi, ethernet, entre otros. En estos casos la sincronización es importante para saber cuándo exactamente fue realizada la medición.
Mixtos
Combina ambas opciones. En estos casos es necesario definir cuál es el medio que utilizaremos para la lectura del dato, pues muchos equipos poseen mayor resolución en los datos del logeo que en la pantalla, que termina siendo a modo cortesía para control del usuario.
Sea cual sea la solución para medición de temperatura es fundamental conocer el comportamiento año tras año para asegurar la calidad de las mediciones.
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