LABORATORIO N° 1: “Termometría y sensores de temperatura”

OPERACIONES UNITARIAS II

LABORATORIO N° 1:

“Termometría y sensores de temperatura”

1. Objetivo

Reconocimiento de los diferentes tipos de sensores de temperatura de uso industrial y de laboratorio.

2. Resumen

En el primer laboratorio se desarrollaron los temas de termometría y sensores de temperatura.

Termometría: es la parte de la física que se encarga de las mediciones de la temperatura en cuerpos o sistemas. Los pasos a seguir para diseñar sistemas de medición son los siguientes:

i. Identificación de la naturaleza de la medición requerida: se identifican las características de la medición a realizar tales como el rango de medición, la confiabilidad, velocidad de medición, etc.

ii. Identificación de posibles sensores: de acuerdo a las características vistas en i debe escogerse el sensor que sea más adecuado teniendo en cuenta factores como precisión, linealidad, alcance, velocidad de respuesta, etc.

iii. Selección del adecuado procesamiento de señal: para que la temperatura pueda ser observada o para controlar otro dispositivo, el procesador debe leer la señal adecuadamente.

iv. Identificación del visualizador requerido: se selecciona la forma de visualización que se quiere.

Temperatura: Es la medida de la energía térmica de un cuerpo, se conocen cuatro escalas de medida para la temperatura que son: Fahrenheit (F), Celsius (C), Rankine (R), o Kelvin (K). La es de gran importancia debido a que la mayoría de los procesos físicos o químicos involucran cambios de temperatura.

Sensores de temperatura: Usualmente se relacionan las medidas de temperatura con los sensores se utilizan principios físicos de diferentes materiales. Éstos principios son:

- Expansión térmica

- cambio en el voltaje, resistencia y corriente eléctrica.

- Cambio del magnetismo de un cuerpo

- Efecto termoeléctrico

- Cambio de color

Termómetros: tanto el termómetro de vidrio con mercurio como los termómetros bimetálicos son termómetros de expansión, volumétrica y lineal respectivamente. Éstos últimos son imprecisos y lentos por lo que son usados en aplicaciones que no requieren alta precisión.

Dispositivos de temperatura resistiva(RTD): son dispositivos que actúan por la resistencia eléctrica lineal de los metales puros. La resistencia varia con la temperatura. El dispositivo más conocido es el PT100.

Termistor: son dispositivos hechos con oxido metálico, su resistencia térmica es en la mayoría de casos negativa. Debido a la naturaleza del material semiconductor del que está compuesto son los dispositivos más sensibles que existen.

Termocupla: son los sensores más utilizados en la industria actualmente. Actúa por diferencia de voltajes. Los más comunes son los de tipo J y K.

Semiconductores: son dispositivos muy lineales, para la detección de temperatura se usa la tensión de un diodo Zener o las variaciones de tensión en la unión.

Una parte importante y que se utilizara en todos los laboratorios es el sistema DAQ, que es el sistema de conversión analógica digital el cual podrá conectarse a una computadora obteniendo asi datos mas precisos y con mayor eficacia.

3. Introducción

Para el desarrollo de los temas tratados en el laboratorio se usó como referencia los siguientes libros:

(Dunn, 1976)

(Solé, 2011)

4. Desarrollo

Termometría

La termometría estudia la medición de las temperaturas en diferentes cuerpos o sistemas. Ésta entonces es muy importante debido a la misma importancia de la temperatura tanto en procesos físicos como químicos. Para la medición de temperatura se requieren de diferentes dispositivos llamados sensores o termómetros, ahora existe diversidad de éstos pero para seleccionar el adecuado se deben seguir los siguientes pasos:

- Identificación de la naturaleza de la medición requerida: se deben identificar las características del proceso, por ejemplo: La variable que será medida, el rango de valores que se podrían medir, la velocidad de medición, la confiabilidad, las condiciones bajo las cuales se realizará la medición, etc.

- Identificación de los posibles sensores: de acuerdo a las características observadas en el primer paso y tomando en cuenta otros factores como alcance, linealidad, fiabilidad, mantenimiento, vida útil, requisitos de suministro de energía, coste y disponibilidad. Es importante también que estos sistemas tengan un adecuado procesamiento de señal o dispositivo de control.

- Selección del adecuado procesamiento de señal: la señal que sale del sensor debe ser adecuadamente conducida hacia una pantalla o hacia algún controlador.

- Identificación del visualizador requerido: significa identificar la forma en la que se quiere visualizar la temperatura ya sea analógico o una pantalla.

Temperatura

Es la medida de la energía térmica de un cuerpo. Existen cuatro escalas de medición las cuales son: Fahrenheit (F), Celsius (C), Rankine (R), y Kelvin (K).

Sensores de temperatura: Usualmente se relacionan las medidas de temperatura con los sensores se utilizan principios físicos de diferentes materiales. Éstos principios son:

- Expansión térmica

- cambio en el voltaje, resistencia y corriente eléctrica.

- Cambio del magnetismo de un cuerpo

- Efecto termoeléctrico

- Cambio de color

Termómetros

Termómetros de mercurio: funcionan de acuerdo a los principios de expansión volumétrica de fluidos, el fluido más usado es el mercurio.

Dispositivos bimetálicos: utilizan el principio de

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