La temperatura puede medirse de numerosas maneras y con una gran variedad de elementos . Estas páginas cubren las características de los sensores de uso mas común en instrumentación y control de procesos y sugiere que criterios utilizar para seleccionar el mejor sensor para una aplicación particular . Información destinada al personal de mantenimiento industrial y operarios de máquinas en general .

En el control de procesos hay disponible una amplia selección de sensores de temperatura. Sin embargo, el rango, la linealidad y la precisión requeridos pueden limitar la selección. En la selección final de un sensor, es posible que deban tenerse en cuenta otros factores, como la indicación remota, la corrección de errores, la calibración, la sensibilidad a la vibración, el tamaño, el tiempo de respuesta, la duración del dispositivo, los requisitos de mantenimiento y el costo. La elección de dispositivos sensores en instrumentación no debe degradarse desde el punto de vista del costo. El control del proceso es tan bueno como los elementos de seguimiento.

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ALGUNOS CONCEPTOS BÁSICOS: CALOR Y TEMPERATURA

La temperatura es difícil de definir, ya que no es una variable tan tangible como lo es la presión, dado que en su caso, no podemos referirla a otras variables.

Calor y temperatura son dos conceptos básicos en termodinámica y están relacionados con la transferencia de energía térmica y la medida de la intensidad térmica, respectivamente. Aunque están estrechamente relacionados, tienen significados diferentes:

1. Calor: El calor es una forma de energía que se transfiere entre dos sistemas o cuerpos debido a una diferencia de temperatura. Cuando dos objetos o sistemas con temperaturas diferentes se ponen en contacto, el calor se transfiere desde el objeto o sistema de mayor temperatura hacia el objeto o sistema de menor temperatura. La transferencia de calor puede ocurrir por conducción (a través de la colisión de partículas en un sólido), convección (a través del movimiento de un fluido) o radiación (a través de ondas electromagnéticas, como la radiación solar).

2. Temperatura: La temperatura es una medida cuantitativa de la intensidad térmica de un objeto o sistema. Se relaciona con la energía cinética promedio de las partículas que componen el objeto o sistema. La temperatura se mide en grados Celsius (°C), grados Fahrenheit (°F) o kelvin (K). El cero absoluto, que corresponde a -273.15 °C o 0 K, es la temperatura más baja posible y representa la ausencia total de energía térmica.

Algunos conceptos adicionales relacionados con el calor y la temperatura son:

• Equilibrio térmico: Dos objetos o sistemas están en equilibrio térmico cuando están a la misma temperatura y no hay transferencia neta de calor entre ellos.
• Capacidad calorífica: Es la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de un objeto o sistema en una cierta cantidad.
• Cambio de fase: Es el proceso en el que una sustancia cambia de estado físico, como de sólido a líquido o de líquido a gas, mediante la adición o la extracción de calor.
• Leyes de la termodinámica: Establecen los principios fundamentales que rigen la transferencia de calor y la energía térmica, como la conservación de la energía y la imposibilidad de alcanzar el cero absoluto en un proceso finito.

La física térmica es la disciplina que estudia la temperatura, la transferencia y transformación de la energía. Nuestro recorrido empieza con conceptos que utilizamos en nuestra vida diaria: frío y calor; conoceremos sus respectivas descripciones para saber que se puede tomar o llevar a la boca sin quemarse. Veremos que, aunque la temperatura puede considerarse una cantidad básica, como el tiempo, por lo general se le relaciona con la concentración de energía térmica en un sistema material.

ENERGÍA TÉRMICA

El fuego se conoce desde los inicios de la civilización humana, y no fue sino hasta el siglo XVIII que los científicos comenzaron a entender la diferencia entre los cuerpos calientes y los fríos.

Se creía que cuando un cuerpo se calentaba, un fluido invisible llamado calórico se unía al cuerpo. Así los cuerpos fríos contenían menos calórico que los cuerpos calientes. También la teoría del calórico podía explicar el aumento de tamaño de los cuerpos al calentarse, pero no podía explicar el por qué las manos se calentaban al frotarse entre sí.

A la mitad del siglo XIX, los científicos desarrollaron una nueva teoría para sustituir la del calórico. La nueva teoría suponía que la materia está compuesta por partículas muy pequeñas (átomos, moléculas) que se mueven muy rápido y, por lo tanto, tienen mayor energía que las partículas de un cuerpo frío. Esta teoría recibió el nombre de teoría cinética molecular. A la suma de la energía cinética y la energía potencial del movimiento interno de las partículas de un cuerpo se le llama energía interna o energía térmica del cuerpo.

La energía térmica se transmite de 3 formas distintas: la conducción, la convección y la radiación.

> La conducción es la manera más común en los cuerpos sólidos, ésta es la transferencia de energía cinética entre las partículas del cuerpo cuando ellas chocan, transfiriendo energía cinética las moléculas con mayor temperatura las moléculas con menos temperatura o, lo que es lo mismo, menos energía cinética. Ejemplo de conducción es una sartén con sopa, colocada sobre la estufa. El calor es conducido al material del que está hecha la sartén, lo que provoca que ésta se caliente.

> El movimiento de los fluidos (líquidos o gases) provocados por la diferencia de temperaturas y de densidades transfiere calor por convección. Las corrientes de convección de la atmósfera son las responsables del estado atmosférico de nuestro planeta. Por ejemplo, en nuestras casas hay cuartos más calientes que otros, esto es por el movimiento de las corrientes de aire dentro de ella. No tienen la misma temperatura la cocina y la sala, ni la recámara y el baño.

> La radiación es el proceso por el cual el calor se transfiere mediante ondas electromagnéticas. El calor radiante se puede reflejar o refractar, es decir, parte de él se absorbe y otra parte se refleja. Por eso los cuerpos de color oscuro absorben más rápido el calor que los objetos de color claro. Un ejemplo común de esta transferencia de energía térmica es la energía solar.

El calor es la transferencia de energía térmica de un lugar a otro.

TEMPERATURA

Comprendido lo anterior, podemos llegar a la conclusión de que un cuerpo caliente tiene más energía térmica que un cuerpo “frío” semejante. Esto significa que, las partículas del cuerpo con mayor temperatura tienen más energía cinética y potencial que las partículas del cuerpo “frío”.

Ahora bien, ¿cómo se mide la “cantidad de calor” de un cuerpo ? La cantidad de calor o el grado de calor se mide sobre una escala específica, es una propiedad de un cuerpo llamada temperatura. La temperatura es una medida de la energía total promedio que tiene cada partícula del objeto en estudio. En un cuerpo más caliente las partículas se mueven más rápido, debido a que tienen mayor energía cinética. Para los gases, la temperatura es proporcional a la energía cinética media o promedio de las partículas. La temperatura no depende del número de partículas que posea un objeto. La energía térmica de un objeto es proporcional al número de sus partículas, mientras que su temperatura no lo es.

La temperatura es un estado relativo del ambiente, de un fluido o de un material referido a un valor patrón definido por el hombre, un valor comparativo de uno de los estados de la materia. Por otra parte, si, positivamente, podremos definir los efectos que los cambios de temperatura producen sobre la materia, tales como los aumentos o disminución de la velocidad de las moléculas de ella, con consecuencia palpable, tales como el aumento o disminución del volumen de esa porción de materia o posibles cambios de estado.

Figura : Sensores e indicadores de temperatura

CALOR Y TEMPERATURA, relaciones y diferencias.

Como ya hemos indicado antes el calor y la temperatura son dos cosas diferentes. La relación entre ellas es causal ya que la temperatura viene siendo un efecto de la transferencia del calor.

La temperatura nos indica hacia dónde va a fluir el calor cuando se ponen dos cuerpos en interacción; el calor pasa del cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura, hasta que ambos llegan a una temperatura estable. Más adelante veremos que no es necesario que exista contacto entre dos cuerpos para que haya transferencia de calor.

Por costumbre utilizamos indistintamente el término calor o temperatura para comunicar sensaciones de calor o de frío que percibimos mediante nuestro sentido del tacto. Sin embargo, el calor y la temperatura son distintos, ya que cada uno representa conceptos diferentes y tiene sus propias unidades de medición. Toda la materia, sin importar su estado físico (sólido, líquido o gaseoso), se compone de átomos y moléculas en agitación continua y, pesar de su movimiento, los átomos y moléculas pueden unirse para formar una gran cantidad de elementos y compuestos químicos, los que a su vez se combinan para formar los cuerpos que nos rodean. A las fuerzas que permiten estas uniones se les conoce como fuerzas de cohesión. Como estas partículas se mueven, automáticamente poseen energía cinética y el incremento en la energía interna causa un efecto en la materia que podemos percibir: el calor.

El calor es la energía que fluye como resultado de una diferencia de temperatura y, la temperatura es una medida de la energía cinética promedio de un determinado cuerpo.

ESCALAS DE TEMPERATURA

Anders Celsius, físico y astrónomo sueco, se basó en las propiedades del agua pura para desarrollar una escala de temperatura, conocida bajo el nombre de escala Celsius. Las propiedades que utilizó Celsius fueron: el punto de congelación del agua, a la cual le asignó el valor de cero grados (0°C) y, el punto de ebullición del agua al nivel del mar, a la cual se asignó el valor de cien grados (100°C). La temperatura de nuestro cuerpo en esta escala es de 37°C.

La temperatura no tiene un límite superior, por ejemplo la superficie del sol tiene una temperatura alrededor de 10 ⁴ °C, pero sí un límite inferior. Si tomamos un gas “ideal” (el cual se considera que sus partículas no tienen volumen y no interactúan entre sí) y lo enfriamos, se puede contraer hasta tener un volumen cero a la temperatura de –273.15°C. En este valor de la temperatura en la escala Celsius, la energía térmica del gas se suprime y es imposible reducir más su energía térmica. Lo que trae como consecuencia que no pueda existir una temperatura menor a –273.15°C. Esta temperatura recibe el nombre de cero absoluto.

La escala de temperaturas que se basa en el cero absoluto se conoce como Kelvin, en esta escala el punto cero (0 K) es el cero absoluto, el punto de congelación del agua (0°C) es 273.15 K, y el punto de ebullición del agua (100°C) es 373.15 K. Esta escala debe su nombre al científico escocés Lord Kelvin, que realizó muchas contribuciones al estudio de la termodinámica.

Existe otra escala de temperaturas llamada Fahrenheit. Esta escala debe su nombre a Gabriel Daniel Fahrenheit, quién utilizó mercurio para medir la temperatura y señalo el punto de fusión o congelación del agua a 32°F y el punto de ebullición en 212°F

Existen dos escalas de temperatura o dos formas de expresar el estado relativo de la materia, estas son:

- Temperaturas absolutas
- Temperaturas relativas

Las escalas absolutas expresan la temperatura de tal forma que su valor cero, es equivalente al estado ideal de las moléculas de esa porción de materia en estado estático o con energía cinética nula.

Las escalas relativas, son aquellas que se refieren a valores preestablecidos o patrones en base los cuales fue establecida una escala de uso común.

En Sistema Métrico Decimal, las escalas relativas y absolutas son:

- la Escala Celsius o de grados Centígrados (relativa)
- la Escala Kelvin (absoluta)

La equivalencia entre las dos escalas es:

Grados Kelvin = Grados Centígrados + 273

En el Sistema de Medidas Inglesas, su equivalente será:

- La Escala Fahrenheit (Relativa)
- La Escala Rankine (Absoluta)

la equivalencia entre estas dos escalas es:

Grados Rankine = Grados Fahrenheit + 460

Por otra parte, las escalas Celsius y la Fahrenheit están referidas al mismo patrón, pero sus escalas son diferentes. El patrón de referencia usado para su definición fueron los cambios de estado del agua. Estos puntos son:

Como se puede deducir de la tabla anterior, por cada grado Celsius de cambio térmico tendremos 1,8 grados Fahrenheit de cambio equivalente. De todo esto, la equivalencia entre estas dos escalas será:

Grados Fahrenheit = Grados Celsius * 1,8 + 32

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, tal como se muestra en la figura 1. El ingeniero de procesos y el instrumentista deben decidir cuál de los sensores es mejor para una situación en particular.

EQUILIBRIO TERMICO Y TERMOMETRÍA

Cuando tenemos dos cuerpos con diferentes temperaturas y están en contacto de manera que fluye calor entre ellos decimos que están en contacto térmico. Como ya comentamos anteriormente, el calor fluye del cuerpo con mayor temperatura al de menor temperatura, pero ¿qué sucede una vez que los dos cuerpos han alcanzado la misma temperatura? Cuando los cuerpos alcanzan una misma temperatura, ya no fluye calor entre ellos por lo que se dice que alcanzaron un equilibrio térmico. Veamos un ejemplo: cuando sospechamos que tenemos fiebre, se busca un “termómetro” y se coloca en la boca, después de cierto tiempo se obtiene una medida de la temperatura de nuestro cuerpo. A escala microscópica sucede lo siguiente: primero el cuerpo está a una temperatura mayor comparada con la del termómetro, lo cual quiere decir que las partículas de nuestro cuerpo tienen una energía térmica mayor.

Cuando el termómetro, hecho normalmente de vidrio, toca nuestro cuerpo, las partículas del cuerpo chocan con las partículas del vidrio. Estos choques, por conducción, transmiten energía a las partículas de vidrio, aumentando la energía térmica de las partículas que componen el termómetro. Conforme las partículas de vidrio adquieren más energía, empiezan a transferir energía de vuelta a nuestro cuerpo, hasta que la tasa de transferencia de energía entre el cuerpo y el vidrio es la misma, alcanzando el equilibrio térmico.

El termómetro es un instrumento que sirve para medir la temperatura de los cuerpos. Funciona colocando en contacto directo con el objeto hasta que alcanzan el equilibrio térmico. Su funcionamiento depende de una propiedad física de los materiales conocida como volumen, el cual varía con la temperatura. El termómetro trabaja de la siguiente manera: en el interior del tubo de vidrio (en los termómetros caseros) existe un tubo angosto en el que se encuentra ya sea alcohol coloreado o mercurio que, al calentarse, comienza a subir por el tubo. Entre más se caliente el termómetro mayor será la altura de la columna que ocupe el fluido y de acuerdo a la graduación del tubo se sabrá la temperatura del cuerpo u objeto determinado.

TIPOS DE INSTRUMENTOS PARA MEDICIÓN DE TEMPERATURA

Hay varios métodos para medir la temperatura que se pueden clasificar de la siguiente manera:

1. Expansión de un material para dar una indicación visual, presión o cambio dimensional
2. Cambio de resistencia eléctrica
3. Cambio de característica de semiconductores
4. Voltaje generado por metales diferentes
5. Energía radiada

El termómetro se usa a menudo como un término general dado a los dispositivos para medir la temperatura.

Los diferentes tipos de instrumentos que son usados para la medición de la temperatura son básicamente los siguientes:

1. - de Vidrio
2. - Termómetro Bimetálico
3. -
4. - Termoresistencia ( RTD )
5. - de Radiación

Definiciones de calor

El calor es una forma de energía; a medida que se suministra energía a un sistema, aumenta la amplitud de vibración de sus moléculas y su temperatura. El aumento de temperatura es directamente proporcional a la energía térmica del sistema.

La Unidad Térmica Británica (BTU o Btu) se define como la cantidad de energía requerida para elevar la temperatura de 1 libra de agua pura en 1° F a 68° F y a presión atmosférica. Es la unidad más utilizada para medir la energía térmica.

La unidad de calorías (SI) se define como la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de 1 g de agua pura en 1° C a 4° C y a presión atmosférica. También es una unidad muy utilizada para medir la energía térmica.

Los julios (SI) también se utilizan para definir la energía térmica y, a menudo, se utilizan con preferencia a la caloría, donde 1 J (julio) = 1 W (vatio) × s. Esto se da en la Tabla 1 que da una lista de equivalentes de energía.

TABLA 1 Conversión relacionada con la energía térmica

El cambio de fase es la transición de la materia del estado sólido al líquido y al gaseoso; la materia puede existir en cualquiera de estos tres estados. Sin embargo, sí importa hacer la transición de un estado al siguiente, es decir, de sólido a líquido a gas, se le debe suministrar energía o se debe eliminar la energía si la materia pasa de gas a líquido a sólido. Por ejemplo, si se suministra calor a una velocidad constante al hielo a 32° F, el hielo comenzará a derretirse o se volverá líquido, pero la temperatura de la mezcla de hielo líquido no cambiará hasta que todo el hielo se haya derretido. Luego, a medida que se suministre más calor, la temperatura comenzará a subir hasta que se alcance el punto de ebullición del agua. El agua se convertirá en vapor a medida que se aplique más calor, pero la temperatura del agua y el vapor permanecerán en el punto de ebullición hasta que toda el agua se haya convertido en vapor, luego la temperatura del vapor comenzará a elevarse por encima del punto de ebullición. Esto se ilustra en la figura 2, donde la temperatura de una sustancia se representa frente a la entrada de calor. El material también puede cambiar su volumen durante el cambio de fase. Algunos materiales pasan por alto la etapa líquida y se transforman directamente de sólido a gas o de gas a sólido, esta transición se llama sublimación.

Figura 2. Mostrando la relación entre temperatura y energía térmica.

En un sólido, los átomos pueden vibrar pero están fuertemente unidos entre sí de modo que los átomos o moléculas no pueden moverse de sus posiciones relativas. A medida que aumenta la temperatura, se da más energía a las moléculas y su amplitud de vibración aumenta hasta un punto en el que puede superar los enlaces entre las moléculas y pueden moverse entre sí. Cuando se alcanza este punto, el material se vuelve líquido. La velocidad a la que se mueven las moléculas en el líquido es una medida de su energía térmica. Cuanta más energía se imparte a las moléculas, su velocidad en el líquido aumenta hasta un punto en el que pueden escapar de las fuerzas de unión o atracción de otras moléculas en el material y se alcanza el estado gaseoso o el punto de ebullición.

El calor específico es la cantidad de energía térmica necesaria para elevar la temperatura de un peso dado de un material en 1°. Las unidades más comunes son BTU en el sistema inglés, es decir, 1 BTU es el calor requerido para elevar 1 libra de material en 1° F y en el sistema SI, la caloría es el calor requerido para elevar 1 g de material en 1° F; C. Por lo tanto, si el material tiene un calor específico de 0,7 cal / g° C, se necesitarían 0,7 cal para elevar la temperatura de un gramo del material en 1° C o 2,93 J para elevar la temperatura del material en 1 k. . La tabla 2 da el calor específico de algunos materiales comunes; las unidades son las mismas en ambos sistemas.

Tabla 2. Calores específicos de algunos materiales comunes

La conductividad térmica es el flujo o transferencia de calor desde una región de alta temperatura a una región de baja temperatura. Hay tres métodos básicos de transferencia de calor; conducción, convección y radiación. Aunque estos modos de transferencia se pueden considerar por separado, en la práctica dos o más de ellos pueden estar presentes simultáneamente.

Tabla 3. Conductividad térmica BTU / h ft ° F (W / mK)

La conducción es el flujo de calor a través de un material. La amplitud o energía de la vibración molecular se transfiere de una molécula en un material a la siguiente. Por tanto, si un extremo de un material está a una temperatura elevada, el calor se conduce al extremo más frío. La conductividad térmica de un material k es una medida de su eficiencia en la transferencia de calor. Las unidades pueden estar en BTU por hora por pie por ft °F o vatios por metro-Kelvin; Kelvin (W / m K) (1 BTU / ft °F = 1.73 W/mK). La tabla 3 muestra las conductividades térmicas típicas de algunos materiales comunes.

La convección es la transferencia de calor debido al movimiento de partículas a temperatura elevada en un material (líquido y gases). Los ejemplos típicos son los sistemas de aire acondicionado, los sistemas de calentamiento de agua caliente, etc. Si el movimiento se debe únicamente a la menor densidad del material a temperatura elevada, la transferencia se denomina convección libre o natural. Si el material es movido por sopladores o bombas, la transferencia se llama convección forzada.

La radiación es la emisión de energía por ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz a través de la mayoría de los materiales que no conducen la electricidad. Por ejemplo, el calor radiante se puede sentir a cierta distancia de un horno donde no hay conducción ni convección.

Transferencia de calor

• Problemas resueltos de ejemplo

La cantidad de calor necesaria para subir o bajar la temperatura de un peso determinado de un cuerpo se puede calcular a partir de la siguiente ecuación:

Q = WC (T₂ - T₁)

donde

• W = peso del material
• C = calor específico del material
• T₂ = temperatura final del material
• T₁ = temperatura inicial del material
 

TERMÓMETRO DE VIDRIO

El mercurio en vidrio fue por mucho tiempo el termómetro de lectura visual directa más común (si no el único). El dispositivo consiste en un tubo de vidrio graduado de pequeño calibre con una pequeña ampolla que contiene un depósito de mercurio.

El coeficiente de expansión del mercurio es varias veces mayor que el coeficiente de expansión del vidrio, de modo que a medida que aumenta la temperatura, el mercurio sube por el tubo, lo que proporciona un método preciso y de costo relativamente bajo para medir la temperatura. El mercurio también tiene la ventaja de no mojar el vidrio y, por lo tanto, atraviesa limpiamente el tubo de vidrio sin dividirse en glóbulos o recubrir el tubo. El rango de funcionamiento del termómetro de mercurio es de −30 a 800 °F (−35 a 450 °C) (punto de congelación del mercurio es −38 °F [−38 °C]). La toxicidad del mercurio, la facilidad de rotura, la introducción de termómetros digitales de bajo costo, precisos y de fácil lectura ha provocado la desaparición del termómetro de mercurio.

Dependiendo del fluido usado, tendremos diferentes rangos de temperatura para este tipo de instrumento, los cuáles, vendrán limitados, por los puntos de solidificación y de ebullición de los antes citados fluidos. Algunos de estos son:

Mercurio -35 a 280 °C
Mercurio (tubo de gas) -35 a 450 °C
Pentano -200 a 20 °C
Alcohol -110 a 50 °C
Tolueno -70 a 100 °C

Estos instrumentos son frágiles, requieren de una posición específica para funcionar, además de tener un rango muy limitado de la variable.

Los líquidos en los dispositivos de vidrio funcionan según el mismo principio que el termómetro de mercurio. Los líquidos utilizados tienen propiedades similares al mercurio, es decir, alto coeficiente de expansión lineal, claramente visible, no humectantes, pero no son tóxicos. El líquido en los termómetros de vidrio se usa para reemplazar el termómetro de mercurio y para extender su rango de operación. Estos termómetros son precisos y con diferentes líquidos (cada tipo de líquido tiene un rango de funcionamiento limitado), y pueden tener un rango de funcionamiento de −300 a 600 °F (−170 a 330 °C).

Tabla 1- Coeficientes térmicos de expansión por grado Fahrenheit

TERMÓMETROS BIMETÁLICOS

La tira bimetálica es un tipo de dispositivo de medición de temperatura que es relativamente inexacto, lenta para responder, no se usa normalmente en aplicaciones analógicas para dar una indicación remota y tiene histéresis. La tira bimetálica se usa ampliamente en aplicaciones ON / OFF que no requieren alta precisión, ya que es resistente y rentable. Estos dispositivos operan según el principio de que los metales son flexibles y los diferentes metales tienen diferentes coeficientes de expansión (ver Tabla 1). Si dos tiras de metales diferentes como el latón y el invar (aleación de cobre y níquel) se unen a lo largo de su longitud, se doblarán para formar un arco a medida que cambie la temperatura; esto se muestra en la figura 1a. Las tiras bimetálicas generalmente se configuran como una espiral o hélice para que sean compactas y luego se puedan usar con un puntero para formar un termómetro resistente, compacto y económico, como se muestra en la figura 1b. Su rango de funcionamiento es de −180 a 430 ° C y se puede utilizar en aplicaciones desde termómetros de horno hasta termostatos de control domésticos e industriales.

1- La figura muestra (a) el efecto del cambio de temperatura en una tira bimetálica y (b) termómetro de tira bimetálica.

Fig.: Dialatación de una barra	Todos los instrumentos de medición de temperatura utilizan algún cambio en un material para indicar la temperatura. Algunos de los efectos que se utilizan para indicar la temperatura son los cambios en las características físicas y variación en las dimensiones físicas. Una de las características físicas más importantes usadas en instrumentos de medida de temperatura es el cambio en la longitud de un material en la forma de expansión y contracción. Considere la barra homogénea uniforme ilustrada en la figura adjunta. Si la barra tiene una longitud dada (LO) a una cierta temperatura y es calentada, se expandirá (Lf). La cantidad de expansión o dilatación ΔL es una función de la longitud original y del aumento de temperatura. La cantidad que un material cambia en longitud con la temperatura se llama coeficiente de expansión lineal (también: coeficiente de expansión térmica, coeficiente de dilatación lineal, etc.).
Fig.: Efecto de una dilatación diferente en una barra compuesta por dos metales superpuestos, de diferente coeficientes de dilatación ( bimetálico ). Esta diferencia produce una curvatura de la barra conjunta, debido a que un material sé elongará mas que el otro.	Al igual que el termómetro de vidrio, utilizan el fenómeno de cambios volumétricos, para su funcionamiento. El termómetro bimetálico, consta, como su nombre lo dice, de dos barras metálicas de diferentes metales unidas rígidamente, al ser estos materiales diferentes, tendrán necesariamente, que tener diferentes coeficientes de dilatación lineal. Si dos materiales con diferentes coeficientes de dilatación lineales se colocan juntos, a medida que se producen cambios de temperatura, sus índices de expansión serán diferentes. Esto hará que el conjunto se doble en un arco como se muestra en la figura adjunta. Mediante este método, funcionan la gran mayoría de los termostatos (interruptores de temperatura) y algunos termómetros indicadores locales.
	La figura adjunta muestra un termómetro bimetálico. En ella, una tira bimetálica se bobina en forma de hélice larga. Un extremo de la hélice se mantiene rígido. Mientras que la temperatura varía, la hélice intenta enrollarse o desenrollarse. Esto hace al extremo libre girar. El extremo libre está conectado con una aguja indicadora. La aguja indica realmente la rotación angular de la hélice; sin embargo, puesto que la rotación es lineal y es función de la temperatura, la escala se marca en unidades de temperatura. Búsqueda relacionada : bimetálico

Termómetros de resorte de presión

Estos termómetros se utilizan donde se requiere una indicación remota, a diferencia de los dispositivos de vidrio y bimetálicos que dan lecturas en el punto de detección. El dispositivo de resorte de presión tiene un bulbo de metal hecho con un material de bajo coeficiente de expansión con un tubo de metal largo, ambos contienen material con un alto coeficiente de expansión; el bulbo está en el punto de toma de temperatura. El tubo de metal termina con un manómetro de tubo de Bourdon en espiral (escala en grados) como se muestra en la figura 2a. El sistema de presión se puede utilizar para controlar un registrador de gráficos, un actuador o un potenciómetro de barrido para obtener una señal eléctrica. A medida que aumenta la temperatura en el bulbo, aumenta la presión en el sistema, siendo el aumento de presión proporcional al cambio de temperatura. El cambio de presión es detectado por el tubo de Bourdon y convertido a una escala de temperatura. Estos dispositivos pueden tener una precisión de 0,5 por ciento y pueden utilizarse para indicación remota hasta 100 m, pero deben calibrarse, ya que el vástago y el tubo de Bourdon son sensibles a la temperatura.

Hay tres tipos o clases de dispositivos de resorte de presión. Estos son los siguientes:

• Clase 1 - Lleno de líquido
• Clase 2 - A presión de vapor
• Clase 3 - Lleno de gas

El termómetro lleno de líquido funciona según el mismo principio que el termómetro de vidrio con líquido, pero se utiliza para impulsar un tubo de Bourdon. El dispositivo tiene buena linealidad y precisión y se puede utilizar hasta 550 ° C.

El sistema de termómetro de presión de vapor está parcialmente lleno de líquido y vapor, como cloruro de metilo, alcohol etílico, éter, tolueno, etc. En este sistema, la temperatura de funcionamiento más baja debe estar por encima del punto de ebullición del líquido y la temperatura máxima está limitada por la temperatura crítica del líquido. El tiempo de respuesta del sistema es lento, del orden de 20 s. La característica de presión de temperatura del termómetro no es lineal, como se muestra en la curva de presión de vapor para el cloruro de metilo en la figura 2b.

El termómetro de gas se llena con un gas como nitrógeno en un rango de presión de 1000 a 3350 kPa a temperatura ambiente. El dispositivo obedece las leyes básicas de los gases para un sistema de volumen constante, lo que da una relación lineal entre la temperatura absoluta y la presión.

2 - La figura ilustra (a) un termómetro lleno de presión y (b) la curva de presión de vapor para el cloruro de metilo.

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