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• TolyKuperHuisaFernandez

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1.- Temperatura La temperatura es la medida de la energía térmica de una sustancia. Patrones de temperatura Se mide con un termómetro. Las escalas más empleadas para medir esta magnitud son la Escala Celsius (o centígrada) y la Escala Kelvin. 1ºC es lo mismo que 1 K, la única diferencia es que el 0 en la escala Kelvin está a – 273 ºC. En la escala Celsius se asigna el valor 0 (0 ºC) a la temperatura de congelación del agua y el valor 100 (100 ºC) a la temperatura de ebullición del agua. El intervalo entre estas dos temperaturas se divide en 100 partes iguales, cada una de las cuales corresponde a 1 grado. En la escala Kelvin se asignó el 0 a aquella temperatura a la cual las partículas no se mueven (temperatura más baja posible). Esta temperatura equivale a -273 ºC de la escala Celsius. Se denomina Rankine (símbolo R) a la escala de temperatura que se define midiendo en grados Fahrenheit sobre el cero absoluto, por lo que carece de valores negativos. Esta escala fue propuesta por el físico e ingeniero escocés William Rankineen 1859. El grado Rankine tiene su punto de cero absoluto a −459,67 °F, y los intervalos de grado son idénticos al intervalo de grado Fahrenheit.

Cero Rankine (0 R) equivalen a −273,15 °C o 0 K. Para convertir de Kelvin a Rankine se multiplica por un factor de 9/5:

Grado Fahrenheit (simbolizado como °F). Es una unidad de temperatura propuesta por Daniel Gabriel Fahrenheit en 1724, cuya escala fija el cero y el cien en las temperaturas de congelación y evaporación del cloruro amónico en agua. Similar a lo que fija la escala Celsius con la congelación y evaporación del agua. En la escala Fahrenheit, el punto de fusión del agua es de 32 grados, y el de ebullición es de 212 grados. Una diferencia de 1,8 grados Fahrenheit equivale a la de 1 grado centígrado.

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1.1.- Termómetro de resistencia de platino. Los termómetros de resistencia o termómetros a resistencia son transductores de temperatura, los cuales se basan en la dependencia de la resistencia eléctrica de un material con la temperatura, es decir, son capaces de transformar una variación de resistencia eléctrica en una variación de temperatura. El termómetro de resistencia se utiliza para medir una temperatura entre los 200°C y los 3568°C El termómetro de resistencia funciona en un intervalo de -200°C a +850°C hasta una temperatura de +1760°C con una resolución de 0,1°C en todo el rango de medición. 1.1.1.- Breve historia Ya en 1821 Sir Humphry Davy había observado que la resistencia eléctrica de los materiales variaba al variar su temperatura, pero no fue hasta 1871 que William Siemens propuso la utilización del platino como termómetro basándose en éste efecto. Los métodos de construcción para estos termómetros fueron establecidos entre 1898 y 1900. 1.1.2 Generalidades Los materiales más usados como termómetros a resistencia son el platino, el cobre y el tungsteno. El platino tiene la particularidad de tener una relación resistencia-temperatura sumamente lineal, por lo cual es el material más utilizado y generalmente se le denominan a

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estos termómetros IPRT (Industrial Platinum Resistance Thermometer) o RTD (Resistance Temperature Detector). El platino tiene las ventajas de:    

Ser químicamente inerte. Tiene un elevado punto de fusión (2041,4 K). Su relación resistencia-temperatura es altamente lineal. Puede ser obtenido con un alto grado de pureza y claridad.

1.2.- Termocuplas de platino. Que son y cómo funcionan las Termocuplas? Las termocuplas son el sensor de temperatura más común utilizado industrialmente. Una termocupla se hace con dos alambres de distinto material unidos en un extremo (soldados generalmente). Al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño (efecto Seebeck) del orden de los milivolts el cual aumenta con la temperatura.

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Normalmente las termocuplas industriales se consiguen encapsuladas dentro de un tubo de acero inoxidable ú otro material (vaina) , en un extremo está la unión y en el otro el terminal eléctrico de los cables, protegido adentro de una caja redonda de aluminio ( cabezal ). Existen una infinidad de tipos de termocuplas, en la tabla aparecen algunas de las más comunes, pero casi el 90% de las termocuplas utilizadas son del tipo J ó del tipo K. Las termocuplas tipo J se usan principalmente en la industria del plástico, goma (extrusión e inyección ) y fundición de metales a bajas temperaturas (Zamac, Aluminio). La termocupla K se usa típicamente en fundición y hornos a temperaturas menores de 1300 °C, por ejemplo fundición de cobre y hornos de tratamientos térmicos. Las termocuplas R, S, B se usan casi exclusivamente en la industria siderúrgica (fundición de acero) Finalmente las tipo T eran usadas hace algún tiempo en la industria de alimentos, pero hán sido desplazadas en esta aplicación por los Pt100 (ver la nota técnica 4). PLATINO RODIO – PLATINO (TIPO R) Tienen como conductor negativo un alambre de platino y como conductor positivo una aleación de 87% de platino con 13% de sodio. Este tipo de junta desarrollada últimamente con materiales de alta pureza son capaces de medir hasta 1500º C si se utilizan las precauciones debidas. Son muy resistentes a la oxidación pero no se aconseja su aplicación en atmósferas reductoras por su fácil contaminación con el hidrógeno y nitrógeno que modifican la respuesta del instrumento.

En el diseño y la construcción de termocuplas de Platino (Pt) Rodio (Rh), en sus tipos S, R, B. Rango de temperatura máximo 1600°C. Se utilizan en su fabricación elementos de primera calidad como vainas cerámicas especiales tipo 610 (Silimanita) y tipo 710 (Alta Alumina) que soportan temperaturas de 1800 °C, vainas especiales de Platino o Platino / Rodio, vainas de Carburo de Silicio, que brindan mayor protección mecánica, química y física como polvo en suspensión, efectos de la llama, entre otros. Termopar simple, doble y triple, con juntas calientes de medición en distintos niveles, logrando mediciones de temperaturas hasta en 3 puntos distintos en la longitud de la vaina. De amplia aplicación en industria metalúrgica, cerámica, vidrio, etc.

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1.3.- Pirómetros ópticos. Los pirómetros ópticos miden la radiación desde el objeto en una banda estrecha de longitudes de onda del espectro térmico. Los dispositivos más antiguos utilizan el principio de claridad óptica en el espectro rojo visible en torno a 0,65 micrómetros. Esos instrumentos se llaman también pirómetros monocromáticos. En la actualidad, los pirómetros ópticos se encuentran disponibles para medir sin contacto las longitudes de onda de energía que se extienden en la región infrarroja. Algunos diseños ópticos se manejan de forma manual. El usuario apunta el pirómetro hacia el objeto. Al mismo tiempo, puede ver la imagen de un filamento de lámpara interna en el ocular. En un diseño, el usuario ajusta la potencia al filamento, cambiando su color, hasta que se corresponde con el color del objeto. La temperatura del objeto se mide en función de la potencia que utiliza el filamento interno. Otro diseño mantiene una corriente constante con respecto al filamento y cambia el brillo del objeto por medio de una cuña óptica rotativa que absorbe energía. La temperatura del objeto se relaciona con la cantidad de energía absorbida por la cuña, que es una función de su posición anular. También existen los pirómetros ópticos automáticos, con sensibilidad para medir en la región infrarroja. Ese dispositivo funciona mediante la comparación de la cantidad de radiación emitida por el objeto con la emitida por una fuente de referencia controlada internamente. La salida del instrumento es proporcional a la diferencia de la radiación entre el objeto y la referencia. Se utiliza un seccionador, accionado por un motor, para exponer el detector de forma alternativa a la radiación entrante y a la radiación de referencia. El instrumento puede tener un campo de visión ancho o estrecho. Todos los componentes pueden integrarse en un instrumento de mano con forma de pistola. Al accionar el gatillo, se activa el estándar de referencia y el indicador de lectura.

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Los pirómetros sin contacto tienen una precisión típica en el rango del 1 % al 2 % de la escala completa. Un pirómetro está formado por varias partes que componen un sistema completo:    

Un sistema óptico que recoge la energía emitida por el objeto. Un detector que convierte dicha energía en una señal eléctrica. Un sistema que ajuste la emisividad para hacer coincidir la calibración del termómetro con las características de emisión específicas del objeto. Un circuito de compensación de la temperatura ambiente que garantizaba que las variaciones de temperatura dentro del sensor debidas a las condiciones ambientales no afectaran a la precisión.

Los sistemas electrónicos modernos basados en microprocesadores permiten utilizar algoritmos complejos que proporcionan una linealización y compensación a tiempo real de la salida del detector para obtener una mayor precisión de la temperatura medida del objeto. Los microprocesadores pueden mostrar de forma instantánea mediciones de múltiples variables (tales como la temperatura actual, temperatura mínima medida, temperatura máxima medida, temperatura media o diferencias de temperatura) en pantallas LCD integradas. En este otro arículo explicamos los termómetro infrarrojos y las mejores prácticas de uso. A continuación veremos las 5 categorías principales que existen para pirómetros: 1. 2. 3. 4. 5.

Pirómetros de banda ancha Pirómetros de banda estrecha Pirómetros de 2 colores Pirómetros ópticos Termómetros fibra óptica

1.4.- Termómetro de mercurio. Un termómetro de mercurio es un tipo de termómetro que generalmente se utiliza para medir las temperaturas del material seleccionado.

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Termómetros los hay de muchos tipos, pero quizás los más habituales sean o hayan sido los que contienen un líquido en su interior que se dilata o contrae con los cambios de temperatura. Este líquido puede ser mercurio, alcohol coloreado, etc. El mercurio de este tipo de termómetro se encuentra en un bulbo reflejante y generalmente de color blanco brillante, con lo que se evita la absorción de la radiación del ambiente. Es decir, este termómetro toma la temperatura real del aire sin que la medición de esta se vea afectada por cualquier objeto del entorno que irradie calor hacia el ambiente. Alrededor del año 1714 fue Daniel Gabriel Fahrenheit quien creó el termómetro de mercurio con bulbo, formado por un capilar de vidrio de diámetro uniforme comunicado por su extremo con una ampolla llena de mercurio. El conjunto está sellado y cuando la temperatura aumenta, el mercurio se dilata y asciende por el capilar. En 1724 Fahrenheit finalizó su escala termométrica, la cual quedó plasmada en sus Philosophical Transactions (Londres, 33, 78, 1724). El 19 de marzo de 1744, Jean-Pierre Christin presentó el primer termómetro de mercurio en utilizar los parámetros de cero grados como punto de fusión del agua y cien como punto de ebullición que se usa en gran parte del mundo, era muy útil ya que era bueno para medir temperaturas entre los 18 y 45 ºC.1

Usos del Termómetro De Mercurio En química, medicina, química experimental, procesos farmacéuticos, cosméticos, etc. Partes del Termómetro De Mercurio Bulbo, Tubo de vidrio, Capilar.

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1.5.-Termometros de líquido en vidrio. Historia Los primeros registros de medición de temperatura datan del periodo Greco-Romano en la Antigüedad Clásica, los instrumentos eran básicos sin escala y abiertos a la atmósfera, por lo que eran influenciados por la presión atmosférica y la temperatura. El desarrollo de los termómetros de líquido en vidrio junto con su escala, se inició durante el Renacimiento en la Era de los Descubrimientos con el auge por la investigación en las ciencias naturales. El antecesor del termómetro fue el termoscopio (1606) de Galileo Galilei (1564...1642), hasta que el también italiano Sanctorius (1561...1636) le incorporó una escala con graduación numérica. En la actualidad los termómetros de líquido en vidrio se fabrican para aplicaciones específicas de medición. A pesar de la gran variedad de instrumentos para la medición de temperatura, prohibición del mercurio, los termómetros de líquido en vidrio son frecuentemente utilizados por su facilidad de uso, portabilidad, costo, estabilidad, amplio intervalo de trabajo y u o por recomendaciones en normas. Pero aun así existe confusión al momento de su elección, uso y calibración. Descripción general de termómetros de líquido en vidrio Su operación está basada en la expansión del líquido con el incremento de la temperatura; esto es, el líquido actúa como un transductor, convierte la energía termal en una forma mecánica. Con el incremento de la temperatura, el líquido y el vidrio del termómetro se expanden con diferente coeficiente de expansión, causando que el líquido avance por el tubo capilar.

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Las partes principales de un termómetro de líquido en vidrio típico se muestran en la figura.

El menisco es usado como el indicador. La forma del menisco es: para el mercurio, la parte superior de la curva, para líquidos orgánicos, la parte inferior. Cuando las fuerzas adhesivas son mayores que las fuerzas cohesivas, el menisco tiende a ser cóncavo como en el caso de vidrio y líquidos orgánicos. Por otra parte cuando las fuerzas cohesivas son superiores a las adhesivas, el menisco es convexo como en el caso de mercurio en vidrio. CONSTRUCCIÓN Materiales que forman al termómetro: Vidrio, líquido termométrico y gas. Existe una gran variedad de tipos de vidrios, pero no todos son apropiados para el trabajo termométrico. En la actualidad se han desarrollado vidrios termométricos especiales, con buena estabilidad y resistentes a las temperaturas. El líquido termométrico ideal, debería tener las siguientes propiedades físicas y químicas: • Ser líquido en el intervalo nominal del termómetro,

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• Tener un coeficiente de expansión lineal, • Ser opaco o con color, para su fácil lectura, • No “mojar” por fuerzas adhesivas la superficie del capilar, • Ser químicamente inerte con respecto a otros materiales en el sistema, • Ser químicamente estable, • No ser dañino, para seguridad en manufactura y uso, • Tener un menisco bien definido, para fácil lectura.

El gas, además de reducir la destilación, también reduce el índice de separación de la columna de mercurio dada la presión ejercida por el gas. Así, todos los termómetros para altas temperaturas deben ser llenados con un gas inerte seco tal como nitrógeno presurizado para prevenir separación del mercurio a cualquier temperatura indicada en la escala. Los termómetros de inmersión total graduados sobre los 150 °C deben ser llenados con gas para minimizar la destilación del mercurio de la parte superior de la columna. Para termómetros graduados debajo de los 150 °C el llenado con gas es opcional pero altamente recomendado. Profundidad de inmersión Los termómetros de líquido en vidrio son usualmente utilizados para la medición de la temperatura de fluidos. La elección del tipo de inmersión depende de la medición requerida, la profundidad del fluido y el tipo de montaje. Termómetro de inmersión parcial Diseñado para indicar la temperatura correctamente cuando el bulbo y una porción específica de la columna están inmersos en el medio a la temperatura que va a ser medida. Termómetro de inmersión total Está diseñado para indicar la temperatura correctamente cuando el bulbo y toda la columna del líquido (unos cuantos milímetros por arriba del nivel del líquido) están inmersos en el medio a la temperatura que va a ser medida. Termómetro de inmersión completa Está diseñado para indicar la temperatura correctamente cuando todo el termómetro, incluyendo la cámara de expansión están expuestos en el medio a la temperatura que va a ser medida.

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CALIBRACIÓN La calibración se realiza por el método de comparación contra un termómetro patrón calibrado, en sistemas termales recirculantes con líquido, sales o lecho fluidizado y la medición directa de los puntos fijos secundarios de fusión del hielo o ebullición del agua. Dependiendo de la exactitud que se desea obtener, se utiliza un termómetro de resistencia de platino u otros tipos de termómetros trazables y con baja incertidumbre de calibración.

Examen visual Una razón de la inspección visual es detectar columna de mercurio separada o pequeñas bolitas de mercurio a lo largo de la columna capilar, oxidación o fallas en el vidrio que puedan perjudicar las lecturas del termómetro o fisuras en el vidrio. La escala es también examinada, grosor de las líneas, desigualdad en las divisiones, graduaciones borrosas.

Puntos de calibración Un termómetro debe ser calibrado en todo su intervalo, incluyendo un punto de referencia (si lo incluye el termómetro). Usualmente son calibrados en puntos distribuidos uniformemente en el intervalo de indicación la escala principal. El número de puntos depende del intervalo, división “mínima” de la escala y exactitud deseada. El intervalo entre los puntos de calibración no debe ser innecesariamente pequeño o demasiado largo que destruya la confiabilidad en correcciones interpoladas en valores de temperatura entre los puntos de calibración. Se recomienda sean distribuidos cada 40 a 100 divisiones, hasta 40 para patrones y hasta 100 para ordinarios.

Termómetros ASTM Estos termómetros están diseñados para ser usados con métodos de prueba específicos, y son identificados por tener el acrónimo ASTM y un número inscrito. La norma de especificaciones ASTM E-1 lista los puntos de calibración, temperaturas de la columna emergente para termómetros de inmersión parcial y un procedimiento especial que debe seguirse para su prueba y calibración. Si las condiciones difieren, especialmente la temperatura de la columna emergente en termómetros de inmersión parcial, será necesaria la corrección de columna emergente la cual debe calcularse como se muestra más adelante. Medición de columna emergente En ocasiones se requiere de utilizar termómetros de inmersión total como inmersión parcial y la temperatura del ambiente sobre el baño, o equipo donde esté colocado el termómetro pueden diferir de la temperatura del bulbo del termómetro. Una corrección por la diferencia de temperatura entre el bulbo y la columna emergente debe hacerse. Lo mismo ocurre para los

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termómetros de inmersión parcial, las correcciones aplican solo para la profundidad de inmersión indicada y una sola temperatura de la columna emergente. Si el termómetro es utilizado en otras condiciones es necesario corregir la columna emergente. La columna emergente puede ser medida utilizando un termómetro Faden o un número de termómetros de vástago corto. Con un termómetro Faden se obtienen mejores mediciones de la temperatura de la columna emergente. Estos termómetros tienen el bulbo largo entre 5 y 20 cm. Debe colocarse tan cerca como sea posible del termómetro. Los termómetros de vástago corto tienen el bulbo pequeño, éstos pueden ser de aproximadamente 150 mm de longitud con una escala de 0…+100 °C, graduados con divisiones de 1 °C y con un bulbo convencional entre 10 y 15 mm de longitud. Un número de ellos son colocados a lo largo de la columna emergente. Cada termómetro indica la temperatura de la sección de la columna emergente adyacente a el. El número usado dependerá de la longitud de esta columna.

Corrección por columna emergente

tc = temperatura corregida, ti = temperatura indicada, n = longitud de la columna emergente expresada en grados, (Temperatura indicada (ti) – valor donde emerge el termómetro), La longitud no-graduada entre la marca de inmersión y la primera graduación de la escala deberá ser evaluada en términos de grados de la escala y ser incluida, ts = Inmersión parcial: temperatura especificada en ASTM E1, Inmersión total: temperatura del sistema termal tc-1 de la iteración previa, to = temperatura promedio de la columna emergente, medida con un termómetro auxiliar, k = coeficiente de expansión relativa del líquido termométrico, en el vidrio del termómetro.

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1.6.- Termómetros bimetálicos. El termómetro bimetálico es un instrumento utilizado para medir temperatura mediante la contracción y expansión de dos distintas aleaciones metálicas de alto y bajo coeficiente de dilatación. Los termómetros bimetálicos están constituidos por un tubo en cuyo interior está colocada una espiral helicoidal bimetálica. Dicha espiral está soldada por un extremo a la parte inferior del tubo y por otra a una varilla de transmisión, a su vez conectada a una aguja indicadora.

Funcionamiento de los termómetros bimetálicos Las aleaciones metálicas, la de alto y bajo coeficiente de dilatación, al ser expuestas a determinada temperatura, transmiten un movimiento giratorio a una aguja indicadora, es decir, las variaciones de temperatura causan que el bimetal sufra una deformación, esta se transmite a la aguja indicadora Los termómetros bimetálicos usan la diferencia de coeficiente de expansión térmica de metales disímiles para poder determinar cuál es el cambio de temperatura. Éste se proporciona mediante un movimiento mecánico, o sea, por el giro de una aguja sobre una escala graduada. En realidad, lo que mide la temperatura en los termómetros bimetálicos es una hélice bimetálica de respuesta rápida. Dado que el termómetro bimetálico se fabrica a partir de dos tiras de metal soldadas en frío con diversos coeficientes térmicos de expansión, éstas se

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tuercen en función de la temperatura y el movimiento rotatorio se transfiere con baja fricción a la aguja indicadora.

Usos y aplicaciones de los termómetros bimetálicos El uso de los termómetros bimetálicos es muy extenso ya que están diseñados para resistir las condiciones de trabajo más rigurosas, estar en contacto con fluidos de proceso agresivos o ambientes adversos. Gracias a que son ideales para medir la temperatura directamente, por tanto, las industrias que más los emplean son:      

La alimentaria De conservación Farmacéutica Química Petroquímica Papelera

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1.7.-Pirometros de radiación

Un pirómetro en un instrumento utilizado para medir, por medios eléctricos, elevadas temperaturas por encima del alcance de los termómetros de mercurio. Este término abarca a los pirómetros ópticos, de radiación, de resistencia y termoeléctricos.

Los pirómetros de radiación se fundan en la ley de Stefan - Boltzman y se destinan a medir elevadas temperaturas, por encima de 1600 °C mientras que los pirómetros ópticos se fundan en la ley de distribución de la radiación térmica de Wien y con ellos se han definido puntos por encima de 1063 °C en la Escala Internacional de Temperaturas.

Las medidas pirométricas, exactas y cómodas, se amplían cada vez más, incluso para temperaturas relativamente bajas (del orden de 800 °C).

Desde el punto de vista de la medición de temperaturas industriales, las longitudes de onda térmicas abarcan desde las 0.1 micras para las radiaciones ultravioletas, hasta las 12 micras para las radiaciones infrarrojas. La radiación visible ocupa un intervalo entre la longitud de onda de 0.45 micras para el valor violeta, hasta las 0.70 micras para el rojo.

ESTRUCTURA DE LOS PIRÓMETROS DE RADIACIÓN

Los pirómetros de radiación para uso industrial, fueron introducidos hacia 1902 y desde entonces se han construido de diversas formas. El medio de enfocar la radiación que le llega puede ser una lente o un espejo cóncavo; el instrumento suele ser de "foco fijo" o ajustable en el foco, y el elemento sensible puede ser un simple par termoeléctrico en aire o en bulbo de vacío o una pila termoeléctrica de unión múltiple en aire. La fuerza electromotriz se mide con un milivoltímetro o con un potenciómetro, con carácter indicador, indicador y registrador o indicador, registrador y regulador.

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El espejo cóncavo es a veces preferido como medio para enfocar por dos razones: • La imagen de la fuente se enfoca igualmente bien en el receptor para todas las longitudes de onda, puesto que el espejo no produce aberración cromática, en tanto que la lente puede dar una imagen neta para una sola longitud de onda. • Las lentes de vidrio o de sílice vítrea absorben completamente una parte considerable de la radiación de largas longitudes de onda. La radiación reflejada por el espejo difiere poco en longitud de onda media de la que en él incide. TIPO ESPEJO

En la FIGURA siguiente se presenta esquemáticamente los rangos ópticos de un pirómetro de radiación moderno del tipo de espejo. La radiación entra, desde una fuente, a través de una ventana A de sílice vítrea, es reflejada por el espejo esférico B y llevada a un foco sobre el diafragma J, en el centro del cual hay una abertura C.

La radiación que pasa a través de C es reflejada por el espejo esférico D hacia el receptor E, donde se forma una imagen de C. La superficie de J se blanquea ligeramente con óxido de magnesio para que refleje difusamente suficiente luz que haga visible la imagen de la fuente cuando se mira a través de una lente H colocada detrás de B. El instrumento es orientado por el observador de manera que la imagen de la porción de la fuente que ha de ser mirada, cubra la abertura C. Dado que B no produce ninguna aberración cromática y muy poca aberración esférica, la imagen de la fuente, colocada a la distancia para la cual está enfocado el espejo, es muy neta y puede hacerse que una porción muy definida de la imagen cubra C.

La relación de la distancia de la fuente al diámetro requerido por la fuente (factor distancia) es aproximadamente de 24 a 1 para distancias mayores de 24 pulgadas. En 24 pulgadas, el diámetro de la fuente debe ser por lo menos de 1 pulgada; en 48 pulgadas, de 2 pulgadas, etc.

Para distancias más cortas de la fuente, el factor distancia es más largo.

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Para distancias mayores de 20 pulgadas, el instrumento puede emplearse como de "foco universal" si está debidamente enfocado y graduado para una distancia de 24 pulgadas.

Un obturador F ajustable delante de la ventana A sirve para regular el tamaño de la abertura que deja osar la radiación de manera que la fuerza electromotriz utilizada de la pila termoeléctrica se ajuste estrechamente a una temperatura de la tabla de temperaturas y f.e.m.

Diafragmas de entrada fijos proporcionan el ajuste del intervalo del pirómetro en anchos límites. El extremo superior del intervalo puede ser de 1000 a 1800 C, e incluso superior a 1800 C, si se necesita, para un máximo de f.e.m. de 20 milivoltios.

La escala no es lineal y sigue aproximadamente la ley de la cuarta potencia en la relación entre la temperatura y la f.e.m.

Dado que el extremo inferior de la escala está comprimido, una f.e.m. menor de 1 milivoltio en una amplitud de 20 milivoltios no es útil en la medida de temperaturas. La escala que termina en 1000 C comienza en 450 C y la que termina en 1800 C comienza en 825 C.

En la mitad superior de la amplitud se descubren fácilmente cambios de temperatura de la fuente del orden de 0.1 % del valor medido.

El tiempo requerido para conseguir el equilibrio después de un cambio grande y rápido de temperatura de la fuente depende de la capacidad calorífica del receptor y de la rapidez con la que disipa el calor. Este tiempo de respuesta en el instrumento que hemos descrito es de 1 a 10 segundos, según el tamaño del receptor.

El pirómetro de radiación se puede recomendar en lugar del termoeléctrico en los casos siguientes: • Donde un par termoeléctrico sería envenenado por la atmósfera de horno. • Para la medida de temperaturas de superficies. • Para medir temperaturas de objetos que se muevan. • Para medir temperaturas superiores a la amplitud de los pares termoeléctricos formados por metales comunes.

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• Donde las condiciones mecánicas, tales como vibraciones o choques acorten la vida de un par termoeléctrico caliente. • Cuando se requiere gran velocidad de respuesta a los cambios de temperatura.

1.7.-Cono pirométrico. El cono pirométrico fue inventado por el notable ceramista alemán Herman Seger, y descrito por primera vez en una comunicación escrita por él en 1886.

Historia Los arqueólogos que trabajan en el periodo de la dinastía Song (960 a 1127 dC), en los yacimientos de los hornos en las provincias chinas de Shaanxi y Shanxi, han informado del uso de conos pirométrico de unos cinco centímetros de altura y hecho de loess, se utilizaron para ayudar a controlar la cocción de los hornos. Descripción Los "conos" son unas pequeñas pirámides hechas de una pasta a base de arcilla y fundentes (como un esmalte) estudiada de tal manera que funde (se dobla) a determinada temperatura. Hay conos para todas las temperaturas. El número indica la temperatura de fusión. Hay tablas que te dicen qué cono se usa para cada temperatura. Los conos se colocan delante de la mirilla del horno, para poder verlos según avanza la quema. Cuando se doblan, se ha alcanzado la temperatura prevista. los conos te dan el verdadero tratamiento térmico que están sufriendo las piezas. En otras palabras los conos son un indicador de la temperatura de pared de las piezas, que es la que finalmente hace se den todas las reacciones que tienen lugar durante el proceso de cocción. El termostato digital ó las termocuplas utilizadas, indican la temperatura en el interior del horno, dada por los gases que circulan internamente, pero no la de pared en las piezas que es la que nos interesa.

conos seer después de su uso.

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Usualmente los conos se utilizan durante las primeras cocciones, cuando no se conoce mucho el horno, entonces es necesario empezar a correlacionar la temperatura leída en el termostato ó en el pirómetro digital con la caída de los conos. Después a medida que se conoce el horno, uno podría dejar de utilizar los conos, pero es aconsejable seguir utilizando los conos para asegurar que las piezas llegan a la temperatura de pared correcta, el uso de los conos se hace importante sobre todo para asegurar la maduración de los esmaltes. En fin el uso de los conos pirométricos es una manera de controlar el proceso de cocción de las piezas para evitar sobrecocción o infracocción.

1.8.- Fluidos en movimiento El flujo de un fluido puede ser en general muy complicado. Consideremos, por ejemplo el humo que asciende de un cigarro encendido.A1 principio el humo se eleva con una forma regular, pero pronto aparecen turbulencias y el humo empieza a ondear de forma irregular. El flujo turbulento es muy difícil de estudiar y, por consiguiente, solo estudiaremos el flujo en estado estacionario. Consideremos en primer lugar un fluido que fluye sin disipación de energía mecánica. Dicho fluido se denomina no viscoso. Supondremos también que el fluido es incompresible, y por tanto, su densidad es constante. Puede verse en el dibujo un fluido que circula por un tubo cuya sección recta tiene un área variable.

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P2=F2/A2

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1.9.-Instrucciones de seguridad y conservación de termómetros. Termómetros de columna cambiará. Si el termómetro fuera enfriado rápidamente el bulbo retendría una porción de su condición de expansión, y la lectura del "punto de hielo" sería más baja que antes de su calentamiento. Los cambios en el volumen del bulbo de los termómetros de columna son

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producto del comportamiento del vidrio. Estos cambios pueden originar errores importantes en la medida. Calentando hasta altas temperaturas el bulbo se expande de su estado inicial, y después de un corto periodo de tiempo, aparece una condición de equilibrio correspondiente a esa temperatura. Si el termómetro se enfría lentamente, el volumen del vidrio recobrará su estado inicial y la lectura en el "punto de hielo" no Este fenómeno es conocido como "cero o depresión del punto de hielo". Los termómetros que son calentados a altas temperaturas se recobran de su "depresión" en una dirección impredecible y frecuentemente no ocurre hasta después de algunos años. Los termómetros hasta 100 ºC recobran el volumen inicial en 2 ó 3 días. Para evitar estos errores será conveniente dejar enfriar los termómetros lentamente hasta que se alcance la temperatura ambiente, sin obligarle a cambios bruscos de temperatura. Los cuidados a tener en cuenta para los termómetros de contacto son los mismos que para los de columna propiamente dichos, además de tener la precaución de actuar sobre el dispositivo regulador suavemente, ya que si se maneja bruscamente es fácil partir el hilo conductor y dejar por tanto, inservible el termómetro de contacto. Termómetros bimetálicos Los termómetros bimetálicos, tratados con cuidado, sin ser golpeados o sometidos a cambios bruscos de temperatura, pueden conservar su exactitud indefinidamente. Se garantiza una exactitud de estos de ± 1% a ±0,5%. El margen de temperatura utilizable es de -184 a 537 ºC. Termómetros de bulbo No necesitan ningún tipo especial de mantenimiento, pero, se les debe aplicar los cuidados generales dados a todos los equipos de medida. Termómetros con sonda La degradación de los termopares o termorresistencias aumenta en el caso de que estén sometidos a condiciones de alta temperatura o a atmósferas especiales. Resulta conveniente por tanto, que las instalaciones térmicas estén sujetas a un servicio de mantenimiento que incluya la comprobaciones de los termopares, antes de que su degradación pueda llegar a los límites de las tolerancias exigidas. En caso en que se requiera gran precisión, puede ser necesaria la calibración de los termómetros en un laboratorio de metrología. Paralelamente al mantenimiento que se realiza con el uso del instrumento, debe efectuarse una revisión a fondo en el momento en que éste se envía a la calibración periódica. Esta operación se hace por personal cualificado de Metrología y comprende el desmontaje de los componentes del equipo (cuando proceda), revisión, limpieza y puesta a punto del instrumento.

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PREPARACIÓN PARA EL USO Limpieza Antes de iniciar una medida de temperatura será condición primordial efectuar la limpieza del equipo de medida; ya que, por ejemplo en los termómetros de Hg., la suciedad depositada sobre la escala graduada impide una lectura correcta. Así mismo, una sonda sucia introducida en el medio en el que se va a medir la temperatura, alteraría las características del mismo. REALIZACIÓN DE MEDIDAS Termómetros de columna Se distinguen dos tipos de termómetros de columna, los de inmersión total y los de inmersión parcial. Los de inmersión total son aquellos que para realizar sus lecturas se sumergen en un medio hasta la división que ha de ser leída. Los de inmersión parcial son los que se sumergen solamente una parte de la columna en el medio de medir (la zona especificada por el fabricante, generalmente la zona sin graduar), viene indicado con una marca o la profundidad a sumergir, expresada en mm. No cumplir lo anterior implicaría lecturas erróneas. La colocación será de forma vertical y la lectura se realizará en el plano horizontal a la indicación. Termómetros bimetálicos Los termómetros bimetálicos, junto con los siguientes (de bulbo) se utilizan sobre todo en instalaciones fijas de proceso. Termómetros de bulbo La respuesta de los termómetros de bulbo depende de muchos factores tales como el tamaño y contenido del bulbo, material, y manera de instalar el bulbo. La velocidad de respuesta disminuye cuando se inserta el bulbo en un tubo de protección. Así, habrá que elegir un bulbo con un tubo de protección ajustado si se quiere una mayor velocidad de respuesta. Termómetros con sonda Los termopares o termorresistencias se utilizan en instalaciones fijas y pueden mantener sus características durante mucho tiempo, pero su precisión se va degradando. Cuando por necesidades de la instalación, la sonda se encuentre alejada del instrumento de medida será necesario utilizar una línea de compensación cuya constitución dependerá del

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tipo de sonda. Los termopares están codificados en colores, para no usarlos con otros de distintas características. Es importante, también respetar su polaridad. Los termistores se utilizan habitualmente en termómetros portátiles para medidas de temperaturas superficiales en sólidos, y vienen montados sobre un disco de aluminio, que se adhiere a la superficie que se quiere medir. Se usan también en diseños electrónicos para compensación y control de temperatura.

1.10.- calibración de instrumentos para medir la temperatura Tipos de sensores de temperatura

En el sector de la fabricación se encuentran frecuentemente los cinco siguientes tipos de dispositivos: 1. Termómetros de tipo resorte o bimetálicos. De uso frecuente, a pesar de su baja velocidad de respuesta y falta de precisión, ya que son baratos y fáciles de ajustar. 2. Termopares. El sensor industrial más utilizado, formado por dos hilos de metales distintos unidos por un extremo, lo que genera una tensión proporcional a la temperatura. 3. Detectores de temperatura resistivos (RTD, por sus siglas en inglés). Normalmente devanados de hilo de platino; son caros pero proporcionan una respuesta rápida y buena precisión de medición. 4. Termistores. Estos dispositivos basados en semiconductores miden la temperatura en un intervalo limitado y a menudo se utilizan en aplicaciones médicas. 5. Detectores de radiación infrarroja (IR). Estos sensores sin contacto miden la temperatura superficial y se dividen en dos subtipos distintos: pirómetros de IR y cámaras de imágenes térmicas. El uso de ambos está creciendo rápidamente a medida que se comercializan más productos. En esta lista no se incluyen los termómetros de cristal líquido. La calibración de estos sensores de temperatura no es posible, ya que su falta de capacidad de ajuste hace que solo sea posible registrar su error. Adicionalmente, existe preocupación sobre el riesgo de rotura, en especial con los termómetros de mercurio tradicionales.

Detección y documentación de la temperatura

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En muchos sectores, el control de la temperatura no resulta suficiente: es importante disponer de documentación de la temperatura o del ciclo térmico al que se ha sometido el producto. Dichos registros son necesarios en el procesamiento de alimentos y en la producción y almacenamiento de productos farmacéuticos. Para lograrlo se emplean reguladores de temperatura con capacidad de registro. En el caso de elementos críticos para la seguridad, como cubos de ruedas, barras de suspensión o componentes de frenos, la documentación ayuda al fabricante a demostrar que una pieza ha recibido el tratamiento térmico correcto y que no es demasiado quebradiza ni demasiado blanda. Un área de creciente importancia es la producción de componentes de fibra de carbono para su uso en los sectores de automoción y aeroespacial. Como en otros procesos de curado, es necesario controlar de forma precisa la temperatura y la presión. Incluso en situaciones en las que el control de la temperatura no es esencial para el rendimiento del producto, se requiere repetibilidad para asegurar la uniformidad del producto. Universalmente, los sistemas de gestión de la calidad requieren la calibración de todos los equipos de medición que puedan afectar a la calidad del producto final. Si bien la necesidad de calibrar los equipos de indicación suele estar aceptada, a veces se pasa por alto la importancia de la calibración de los sensores de temperatura. ¿Por qué es necesario calibrar los dispositivos?

Todos los dispositivos utilizados en mediciones críticas para un proceso se deben comprobar periódicamente para verificar que siguen ofreciendo la precisión requerida. Cuando sea posible realizar ajustes, los dispositivos cuyas mediciones se salgan de los límites esperados deben volverse a situar en un nivel de rendimiento aceptable. No obstante, en el caso de equipos no ajustables, se debe registrar la desviación o el rendimiento de medición y decidir si siguen siendo adecuados para su finalidad. En el caso de equipos de medición de temperatura, las propiedades de los bimetales y el hilo del termopar varían con el uso y el tiempo (especialmente cuando se utilizan a temperaturas elevadas), lo que produce una desviación de la medición. Adicionalmente, las sondas de termopar pueden sufrir daños durante su utilización, posiblemente de tipo mecánico o por corrosión, lo que ocasiona un deterioro rápido del hilo. Los RTD y los termistores también son dispositivos frágiles que resultan dañados con facilidad, así que se deben comprobar periódicamente. Lo mismo es aplicable a los termómetros de IR y las cámaras de imágenes térmicas. ¿Cada cuánto tiempo es necesario realizar una calibración?

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Normalmente, los estándares de calidad dejan en manos del usuario la decisión sobre la frecuencia con la que se debe calibrar un dispositivo. Sin embargo, un auditor esperará que exista una justificación sólida de cualquier frecuencia que se determine. A la hora de establecer una frecuencia de calibración, se deben tener en cuenta el tipo de uso que se hace del dispositivo, el riesgo de daños y la tasa de desviación (que se puede determinar por medio de los registros históricos de calibración) . Se deben implementar procedimientos que definan las acciones requeridas en caso de que la calibración muestre que un dispositivo está funcionando fuera de los límites aceptables. Por ejemplo, es posible que sea necesario retirar un producto fabricado después de la última calibración (puede que el coste de hacer esto influya en la frecuencia de calibración) . En situaciones críticas para la seguridad, como la calibración en la producción de alimentos o farmacéutica, puede que se deba realizar a diario e incluso cada turno.

Calibración de instrumentos de temperatura

La forma más sencilla de calibrar un sensor de temperatura es comprobar cómo mide la temperatura de dos constantes físicas: la temperatura a la que se funde el hielo y el punto de ebullición del agua (aunque esto último se debe corregir en función de la presión atmosférica). Aunque este método es rápido y barato, presenta el inconveniente de que normalmente no es una calibración trazable.

Los calibradores de sondas de bloque seco resuelven este problema y proporcionan un medio rápido y preciso para calibrar sondas de termistores, termopar y RTD. Se utiliza un calibrador como el calibrador de sondas de bloque seco hot point® de OMEGA para calentar un termopar a la temperatura seleccionada y se compara la lectura del indicador con la del calibrador. A continuación, se utiliza una cámara de referencia ice point®, como la OMEGA TRCIII, para proporcionar la temperatura de comparación de 0 °C. Nuevamente, se compara la lectura indicada con la del calibrador. A partir de estas dos mediciones se pueden establecer las correcciones pertinentes. También se puede verificar el funcionamiento del termopar mediante la simulación de la señal

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eléctrica producida por la sonda y la comprobación de la lectura esperada respecto a la indicada. Los calibradores de infrarrojos de cuerpo negro se utilizan para la calibración de equipos de medición de temperatura sin contacto, como las cámaras térmicas y los pirómetros. Estos dispositivos utilizan una superficie de emisividad "perfecta" (entre 0,95 y 0,98) que se calienta a una temperatura conocida y se compara con la lectura del dispositivo.(Tenga en cuenta que, si bien la precisión depende de la calidad de la medición de temperatura del calibrador de cuerpo negro y únicamente puede ser del 1 %, la repetibilidad debería ser muy elevada) .

¿Calibración interna o utilización de un laboratorio de calibración?

Para la mayoría de organizaciones, los factores determinantes son el volumen de trabajo de calibración que se debe llevar a cabo y la disponibilidad de recursos internos. Si ya se ha realizado la calibración de los indicadores, para añadir los sensores de temperatura a la lista de equipos solo se requiere la inversión en una sonda de bloque seco o un calibrador de cuerpo negro. No obstante, siempre se necesitará alguna calibración externa para garantizar la trazabilidad. Muchos procesos de fabricación utilizan calor para modificar las características del producto. En algunos casos, el control preciso de la temperatura resulta esencial para asegurar la adecuación para el propósito, y el rastro documental (registros de temperatura y pruebas de que se ha efectuado la calibración) acredita que el fabricante ha tomado las medidas adecuadas para mantener la calidad de los artículos fabricados. La calibración de los sensores de temperatura, ya se realice internamente o a través de un laboratorio especialista, constituye una parte esencial de esta actividad. Un laboratorio que no cumpla los requisitos del ISO 17025 podría realizar calibraciones trazables dentro de los apropiadlos límites. Sin embargo, la acreditación formal significa que el cliente puede estar seguro de los que se han cumplido los procedimientos oportunos. Esencial para la calidad del producto

Muchos fabricantes utilizan el calor para cambiar las características de su producto. En algunos

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casos es preciso un buen control de esa temperatura para asegurarse el correcto proceso, y un registro de la temperatura que verifique que el fabricante ha tomado los pasos correctos para mantener la calidad del producto. La calibración de los sensores de temperatura, ya sea en el propio emplazamiento o en un laboratorio especialista, es esencial para esta actividad.