Medición y control industrial
Cómo selecionar sensores de temperatura
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4.2. Sistemas de vapor
Los sistemas de vapor Clase II se muestran en las figuras 3 y 4.
Los fluidos disponibles para uso y los rangos de temperatura sobre los cuales son aplicables, son los siguiente
Agua (100 a 230°C)
Tolueno (115 a 315°C)
Acetona (65 a 200°C)
Éter dietílico (40 a 185°C)
Butano (-5 a l50°C)
Cloruro metílico (- 10 a 120°C)
Propano (-40 a 70°C)
Alcohol etílico (80 a 230°C)
Dimetilbenceno (130 a 380°C)
La longitud máxima del capilar de los sistemas Clase II es de aproximadamente 45 m a causa de las respuestas más lentas con capilares más largos, a las dificultades de instalación y a las limitaciones de tamaño del sensor.
| El tamaño del sensor es independiente del alcance de temperatura y varía desde 10 mm x 50 mm para un sistema Clase IIS con capilar de 7,5 m hasta 22 mm x 150 mm para un sistema Clase IIC con capilar de 45 m. En los sistemas Clase IIA y IIC, el incremento de la longitud del capilar requerirá un mayor sensor: éste debe ser lo suficientemente grande para que el líquido que contiene no se vaporice completamente o lo llene completamente bajo todas las condiciones de temperatura. En los sistemas Clase II B el tamaño del sensor es constante para cualquier longitud de capilar.
Los sistemas de vapor Clase II son los únicos sistemas llenos en los cuales el desplazamiento de salida es alineal con las variaciones de temperatura. Esto resulta en una escala que tiene graduaciones más comprimidas en el comienzo y más abiertas en el final. En el tercio superior del alcance, la escala. alineal ofrece una mejor resolución. Por lo general una tolerancia en estos sistemas de ± 0,5% a ± 0.75% es aplicable sólo sobre los dos tercios superiores de la escala de temperatura. |
Figura 3 . Termómetro a sistema lleno de vapor. |
Resumen
- Escalas alineales que brindan ventajas en la resolución.
- Constantes de tiempo de respuesta (t90) muy chicas, lo que permite una indicación veloz.
- Muy difundidos por su bajo costo.
4.3.Sistemas de gas
Los sistemas llenos de gas Clase II pueden usar helio desde -195 a -130°C , nitrógeno desde -130 a 470°C o argón desde 470 a 760°C.
Los sistemas Clase III están diseñados con una relación elevada volumen de sensor/volumen de capilar. Esto minimiza los efectos de la temperatura ambiente y esencialmente elimina la necesidad de una compensación total. Aún cuando puedan fabricarse sistemas totalmente compensados (Clase IIIA), éstos, por lo general no son disponibles comercialmente ya que en estos casos los sistemas Clase IIIB pueden dar resultados satisfactorios.
Para la compensación de temperatura ambiente, los sistemas Clase IIIB compensados parcialmente pueden recurrir a un elemento de compensación bimetálica o bien a un segundo elemento de desplazamiento.
Para estos sistemas igual a lo que ocurre con los sistemas Clase II; el tamaño del sensor es independiente del alcance de temperatura, y requieren los mayores sensores de todas las cuatro clasificaciones. Por ejemplo. un sistema lleno Clase IIIB con capilar de 30 m tendría un sensor de 22 mm x 250 mm,
El largo del tubo capilar en los sistemas Clase III suele ser inferior a 30 m. puesto que un tubo más largo requeriría un mayor sensor para disminuir los errores provocados por las variaciones de temperatura ambiente en el capilar y los sensores en estos sistemas ya de por si son bastante grandes.
Resumen
- Escalas lineales.
- Pueden fabricarse con una variedad de rangos muy grandes por la amplia franja de temperaturas de utilización de los gases empleados.
Figura 4. Curvas de presión de vapor para diversos fluidos utilizados en termómetros a sistema lleno de vapor.
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4.4. Sistemas de mercurio
El sistema lleno de mercurio Clase V es válido para temperaturas desde - 35 a 650 °C. Los sistemas Clase V pueden emplear el mismo tipo de compensación que los sistemas Clase I. Como alternativa puede utilizarse un elemento bimetálico en lugar del segundo elemento de desplazamiento insertando un alambre Invar dentro del capilar. La variación de volumen del alambre y el mercurio se compensan entre si. En un sistema Clase VB parcialmente compensado no hay ningún alambre Invar dentro del capilar. Los sistemas Clase VA totalmente compensados suelen tener una longitud máxima de capilar de 30 m pero, igual a lo que ocurre con los sistemas IA, esto dependerá de las variaciones de temperatura ambiente del instrumento y del tubo capilar. Los sistemas Clase VB. que son sólo parcialmente compensados, pueden tener hasta 15 m puesto que la expansión del mercurio con la temperatura es menor que la expansión de los fluidos utilizados en los sistemas Clase I, II y III. |
El tamaño del sensor para estos sistemas correspondiente a un alcance de temperatura de 30°C es de 12 mm x 100 mm. Para mayores alcances, el sensor seria menor .
Resumen
- Escalas lineales.
- Muy buena estabilidad con el tiempo.
Buena resultante motriz para accionar no sólo la aguja indicadora sino también contactos para alarmas o control.
4.5 Selección de un sistema lleno
El sistema de vapor Clase II es el más simple, el menos costoso y el más difundido de todos los sistemas llenos disponibles y, por lo tanto, será el primero que se considera al seleccionar sistemas llenos para una aplicación en particular. Este sistema también tiene la mejor exactitud sobre temperaturas ambientes variables, y su escala alineal ofrece una mejor resolución en el tercio superior del alcance de temperatura.
Si un sistema Clase-II no resulta satisfactorio para una aplicación en particular, la aplicación siguiente elección sería un sistema clase IB o IA. Estos tienen los sensores más pequeños y pueden tener los alcances de temperatura más angostos. Además, se los recomienda en especial para mediciones cercanas a la temperatura ambiente .
El sistema Clase IA, que está totalmente compensado para variaciones de temperatura ambiente, es tan exacto corno los sistemas Clase II, y ofrecen una mayor protección de sobrerrango que otros sistemas , sin embargo el costo de un sistema Clase IA es mucho más alto que el de un sistema Clase IIA . El sistema Clase IB está limitado por su corto capilar (máximo 6m ) y la temperatura ambiente debe ser la misma tanto para el elemento de desplazamiento como para el capilar . Los sistemas Clase III tienen a su favor los amplios rangos de temperatura pero presentan la desventaja de tener sensores relativamente grandes. El sistema Clase V es de poco uso hoy día a raíz de las restricciones ambientales relacionadas con el mercurio y a la posibilidad de disponer de otros dispositivos de medición para las mismas aplicaciones. |
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