Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas.

Ingeniería Química Industrial.

Octavo semestre

Instrumentación y control

Práctica 5

Elementos primarios de temperatura.

Integrante:

García Bautista Miguel Ángel

Boleta: 2011320210

Correo electrónico: mikgb@hotmail.com

Grupo: 5IM04

Profesor: Jorge Rivera Elorza

Objetivo: Observar e identificar algunos de los diferentes tipos de elementos primarios para la medición de temperatura.

¿Qué es un ensayo?

En términos generales llamamos ensayo a una composición escrita en prosa, de extensión variable, en la que damos nuestras ideas y punto de vista particulares sobre un tema que nos interesa o que nos es asignado.

Consta de 3 partes principales.1. Introducción. 2. Desarrollo.3. Conclusión.

En un proceso la secuencia de cambios en un proceso pueden ocurrir de manera química, física o fisicoquímicamente al mismo tiempo en la composición de una sustancia, el controlar parámetros como el flujo, nivel, presión, temperatura densidad volumen, acidez y gravedad especifica, así como muchos otros influyen de manera significativa en mi proceso. También muchos procesos requieren de transferencia de energía, mezclar de fluidos, el calentar o enfriar de substancias, el bombeo de agua de un lugar a otro, etc…

La instrumentación provee significado al proceso de producción para asegurar que los productos sean elaborados apropiadamente y nos ayuda a poder controlar los parámetros vistos anteriormente y muchos más. He de aquí la importancia de medir y controlar de manera permanente la temperatura en los procesos.

Elementos primarios de medición de temperatura.

¿Qué entendemos por temperatura?

Temperatura es el grado de energía térmica medida en una escala conocida. Es una medida de la energía cinética de las partículas con componen un sistema.Tenemos varios tipos de sistemas establecidos para medición de la temperatura entre los más importantes tenemos grados Celsius, Rankin, Fahrenheit y Kelvin.

Elementos primarios.

Cada proceso en la industria debe ser controlado de alguna manera, y esta necesidad con frecuencia incluye la medición de temperaturas. Se dispone de una gran variedad de sensores de temperatura para llevar a cabo esta tarea. El ingeniero de procesos y el ingeniero instrumentista deben decidir cuál de los sensores o elementos primarios es mejor para una situación en particular dentro del proceso.

Los elementos primarios de medición de temperatura son los transductores que convierten la energía térmica, para ser proyectados después por un indicador ya sea de campo, en tablero o mostrado en una computadora que controla el proceso.

De esta manera podemos encontrar una gama muy amplia de elementos primarios de medición de temperatura con diversos principios de funcionamiento que le permiten al ingeniero de procesos y al instrumentista elegir el más conveniente para cada particularidad del proceso, de esto mencionaré la distinta clasificación de medidores de temperatura.

Los principales fenómenos involucrados con los elementos primarios de medición de temperatura son los siguientes.

Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos. Variación de resistencia de un conductor. Variación de resistencia de un semiconductor. FEM creada en la unión de dos metales distintos. Intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo.

Existen 3 tipos de clasificaciones.

Termómetros.

Termómetro de líquido en vidrio: Alcohol y Mercurio. Termómetros bimetálicos.

Sistemas termales.

Clase I Líquidos Orgánicos . Clase II Vapor Orgánico. Clase III Gas. Clase IV Mercurio.

Termoeléctricos.

Termistores. Termopares. Bulbo de Resistencia Eléctrica. Pirometría (Ópticos, de radiación, de resistencia y termoeléctricos).

A continuación presento una tabla de los distintos tipos de elementos primarios junto con el principio de funcionamiento que lo rige.

Empezamos a definir que es un termómetro, estos aprovechan las propiedades de sólidos y líquidos, los cuales al calentarse o enfriarse cambian su volumen, los termómetros pueden estar llenos de alcohol, mercurio o bien espirales de dos metales conocidos con el nombre de bimetales aprovechan la dilatación del metal para indicar una temperatura.

Tenemos termómetros de mercurio que se fabrican en 3 tipos de clasificaciones:

1. De inmersión parcial.2. De inmersión total.3. De inmersión completa.

Los sistemas termales también conocidos como sistemas volumétricos llenos, son dispositivos que incluye un sensor de temperatura, un elemento de desplazamiento del tipo BOURDON, a diafragma o fuelle un tramo de tubo capilar y un fluido. El sistema esta totalmente sellado para mantenerlo a volumen constante, y está lleno de un fluido que puede ser del tipo liquido o gaseoso.

Hay dos tipos de sistemas termales llenos, en uno de ellos el sistema sensor de temperatura contiene un fluido incompresible bajo presión que llena completamente el sistema. Las variaciones de temperatura producen en el sensor una variación de volumen de fluido, lo que se traduce en la deformación y movimiento del extremo libre del elemento de desplazamiento.

El otro tipo de sistema lleno es el de variación por presión, existen dos tipos de este en uno todo el sistema esta lleno con un gas bajo presión, y en el otro el sensor se encuentra parcialmente lleno con un fluido volátil bajo presión, mientras el resto del sistema contiene vapor de este fluido volátil.

Los termoeléctricos son aquellos transductores que convierten la temperatura en energía eléctrica, y posteriormente pueden convertirla a otro tipo de energía con un circuito, aprovecha las propiedades eléctricas de los conductores y semiconductores.

Aunque la elección de cada uno de estos elementos primarios dependa única y exclusivamente de mi proceso, describiremos las leyes que rigen a los más utilizados que son los termopares, en estos la FEM esta influida por dos fenómenos conocidos como el efecto Peltier-Thompson.

El efecto Peltier dice que cuando una corriente eléctrica es pasada a través de dos metales diferentes, en un sentido opuesto el calor es liberado y la unión es calentada. Este efecto es reversible, es decir, si la unión se calienta o se enfría, se genera una fuerza electromotriz en uno u otro sentido. Según este enunciado, se supone que la salida de la fuerza electromotriz sería una función lineal de la temperatura.

El efecto Thompson dice que en un metal homogéneo se absorbe calor cuando una corriente eléctrica fluye en un sentido y se genera calor cuando fluye en sentido contrario. Este efecto es reversible, de modo que se genera una fuerza electromotriz en uno u otro sentido si hay un gradiente de temperatura en los extremos de un metal homogéneo.

La fuerza electromotriz generada en el circuito dependerá del valor de la junta caliente de esta manera es usado el termopar para medir cambios de temperatura. El efecto Peltier ocurre solo en las juntas y a diferencia del efecto Joule, es irreversible.

El efecto Joule es aquél en que se produce calor en una resistencia por la que circula una corriente y ese valor varía con el cuadrado de dicha corriente.

Para que un termopar funcione correctamente deben cumplirse las siguientes leyes:

1. Ley de los circuitos homogéneos.2. Ley de los metales intermedios.3. Ley de las temperaturas intermedias.

Conclusión.

Los elementos primarios de medición de temperatura se rigen bajo varios principios, esto es una ventaja en instrumentación ya que la selección de cada uno de ellos en mi proceso depende única y exclusivamente de este, es necesario hacer un análisis de riesgos y de ingeniería para ver cual es el más conveniente y durable para el proceso.

Conocer toda la gama de elementos disponibles en el mercado nos permite tener un criterio más selectivo a la hora de instrumentar cualquier equipo, ya que conociendo las propiedades químicas, físicas y las condiciones de operación de este y con la ayuda de mi instrumentación hago más confiable y durable mi proceso y/o equipos.

Referencias.

http://www.biblioteca.upibi.ipn.mx/Archivos/Material%20Didactico/Apuntes%20para%20la%20asignatura%20de%20instrumentaci%C3%B3n%20y%20control/cap2.pdf