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NSTRUMENTACION ONTROL

UNIDAD12 Y TEMPERATURA MEDICION DE TEMPERATURA -t

MD M Squared LTD. PO Box 2342 Gaithersburg, 20879 USAProduccin de Corporation original NUSTraining

y control Fundamentos nstrumentacin de 12 UNIDAD

DE Y TEMPERATURAMEDICION TEMPERATURAI

DEL CUADEFI\O ESTUDNNTE

Pertenece ai

Instructor:Fecha:

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v/ ^\Derecbos Reservados por M2LID. y NUS Training Corroration l,a copia, Se prohibe duplicacin s tsmieifn de esta publicacin en pate o en su totalidad sin obtener autorizacin escrita d M2 LTD. y NUS Training Corporaon. Impreso en la Empresa Editorial Universidad Nacional de Colomt'ia Abril 1990

I

FUNDAMENTOS DE INSTRUMENTACION Y CONTROL-UNID AD 12

TEMPERATURA Y MEDICION DE TEMPERATURA - IINDICESeccinl.

Trulo Prlogo. Principiosde la medicin de temperatura... Escalasen uso para medir la temperaturaConversinde la temperanua una escalaa otra.. de Calor..... Transferenciatrmica. Repaso segmento..... del Termmetros de lquido. Patesde un termmetrode lquido.. Principios de funcionamiento Fluidos empleados los termmetrosde lquido en Pozostrmicos. Repaso segmento...... del Sistemsrellenosde lqdo. ....., . Partes un sistema relleno. de Principios de funcionamientode un sistemarelleno de lquido. Empleo de sistemas rellenosparamedidasa distanciade temperanra... Repaso segmento..... del rellenosde gas. Sistemas Ley de Boyle. Ley de Boyle y medicin de temperaua... Principio de funcionamientode un sistemarclleno de gas. Sistemas rellenosde vapor. paralos sistemas rellenos.. Dispositivoscompensatorios Repaso segmento..... del

Pgina 1-1 1-3 l-4 1-5 l-7 l-7 1-11L-L

1.1 1.2 1.3 t.4

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3. 3.1 3.2 3.3

4. 4.1

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4.2 4.3 4.4 4.5

TEMPERATARA Y MEDICION

5. 5.1 5.2 5.3

5-1 5-2 5-3 5-6 5-7y Inspecciones ntina" ajuste reemplazo los termmetros................. de de Controlde laprecisinde un tennmetro irnprecisas tcnnmetros lfquido Causas las medidas de de de imprecisas sistcmas Causas lasmedidas de dc rellenos.... imprccisas termmetros Causas lasmedidas de de bimeIicos.................. que pozos y Remocin rcemplazo termmetros emplean de trmicos.......... Repaso segmento........... ............. del Gosario. 6-1 6-1 6-7 6-9 6-10 G12 6- 13 G- 1lil

6. 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5

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TEMPERATURA Y MEDICION DE TEMPERATURA . I

LISTA DE ILUSTRACIONESFigura Ttulo Pgina

1-1.

r-2.t-3. t-4. 1 -5 . 2 - t.aa

Escalaspara medir la temperaturaEscalasFahrenheity Celsiuso cengrada. Transferencia trmicapor conduccin.. Transferencia trmicapor conveccin. ... Transferenciatrmica por radiacin Partesde un termmeto de lqdo. Termmetros de lquido. Alcances de temperaturade los lquidos empleadosen temmetrosde lquido Mercurio al formar un meniscoconvexo... Alcohol al formar un menico cncavo.... Termmetro de inmersin parcial. Termmetro de lquido insertadoen pozo trmico. Sistemarelleno de lquido. Registro de temperanra. . . Elementossensores presinen sistemas de rellenos. Tubo Bourdonal responder cambiosde temperatuzt..j. . ..... los . Sistemarelleno de lquido con intemrptor de control de temperatura Sistemarelleno con transmisorneumtico Ilustracinde la Ley de Boyle.. Ejemplode la Lry de Boyle.. Tanquelleno de gas... rellenode gas.. Sistema Sistemarelleno de vapor. Alambre de invar dentrode un tubo capilar de un sistemarelleno de mercurio Bandabimetlicaunida a un rubo Boudon de un sistemarelleno.

L-4 1-5 1-8 1-9

2-2 2-3 2-42-5 2-6

2-3. 2-4. 2-5. 2-6. 2-7.

2-7 2-8 3-2J-J

3-r.3-2. 3 -3 . 3-4. 3-5. 3-6. 4-t. 4-2. 4-3. 4-4. 4-5. 4-6. 4-7.

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TEMPERATURA Y MEDICION DE TEMPERATURA - I

5 -1 . 5-2.

s - 3.pLIcAR coMo sE TRAI\SMITE EL cALoR

. .

La temperatura es el grado de fro o calor de una sustancia, segn se mide en una escala definida. Muchas vecesel calor o ffo relativo de una sustanciase detemrina por el tacto; se siente caliente lo que est ms caliente que la temperaturade la piel y fro lo que est a una temperatura ms baja. Sin embargo, no es el tacto lo suficientemente exacto para ser un mtodo eficaz y confiable de medir la temperatura. Paa esto se necesitaninstnmentoscon escalasexactas. Los termmetrosson instrumentoscomunmente utilizados para medi e indicar la temperatura.

l- 3

TEMPERATARA Y MEDICION DE TEMPERATURA Segmento1: Principios de la medicin de temperatura

1.1 Escalas en uso para medir la temperatura [-os termmetrospuedenindicar Ia temperatura una o varias de las cuatro escalas en siguientes: Fahrenheit,Celsius o cendgrado,Rankine y Kelvin. La Figura 1-1 comparalas cuatro escalas.

212'

100'

323'

Ebulllcln del agua

273'

Gongelacln del agua

Cero absoluto

Ra n kln e

Fahrenhelt

Cels lu s

K e lv ln

Flgura 1-1. Escalaspara medlr la temperatura

Las escalas de temperauraestn vididas en unidades llamadas grados ("). Aunque generlmenteestasdisiones ocupanespacios igualesen las escalas, como aparece la en tal Figura l-2, no todos los grados representanla misma cantidad de cambio en la temperatura. Para entenderpor qu los grados tienen diferentesvalores segrinlas escalasconsiderelos puntos de ebullicin y congelacindel aguaen la escalaFahrenheity en la escalaCelsiuso cendgrada. En la escalaFahenheitel punto de congelacines 32" F y el de eh'tllicin2l2 F; existen 180 divisionesiguales,o grados,entre estosdos puntos de la escalaI ahrenheit. Sin embargo, la escalaCelsiusel punto de congelacin 0' C y el de ebullicin 100' C; en esta en es escala hay 100 divisiones iguales, o grados,entre esos dos puntos de la escalaCelsius o centgrada. No impona cul escalase utilice, el cambio en la temperatura aguadesdeeI del punto de congelacinal punto de ebullicin siemprces el mismo. , L-4

TEMPERATURA Y MEDICION DE TEMPERATT]RA Segmento 1: Princpios de la medcin de temperatura

Escala Fahren h e lt

Flgura 1-2. Escalas Fahrenhelty Celslus o centlgrada Las escalasRankine y Kelvin empleanel cero absolutocomo su punto cero de referencia,es decir, como la temperaturamnima de la escala. El cero absolutoes el punto en donde se asumeque cesatodo movimiento molecular- a una temperanra de aproximadamente -460'F, -273"C. Las divisionesde la escalaRankineson las mismasque las de la escala Fahrenheit. La relacin entreestasdos escalas expresa con la formula: 'R = "F + 460. Las divisiones se de la escalaKelvin son las mismasque las de la escalaCelsiuso cengrada,de tal rnantera que 'K='C+2 7 3 .

1.2 Conversin de la temperatura de una escala a otra Parapoder compararlas medidasde escalas distintasse tiene que hacerla conversinde una escalaa otra. La frmula para hacerla conversinde la escalaCelsiusa la Fahrenheites la siguiente: 'p = (1,8x ' C) + 3 2

1-5

;'

TEMPERATURA Y MEDICION DE TEMPERATURA Segmento 7: Principios de la medcin de temperatura

y Estafrmula sederivaal utza comoreferencia puntosde congelacin ebullicindel los y agua. Como hay 180 gradosentreel puntode congelacin el de ebullicindel aguaen la escala Fahrenheit 100grados la escala y Celsius, relacinde grados la Fahenheit Celsius en a es 180:100. En otraspalabras, hay 1,8vecesmsgradosentrelos puntosde congelacin y que en la escala (180/100= 1,8). Luego,como la ebullicinen la escalaFahrenheit Celsius temperarura congelacindel aguaes 32 gradosms en la escalaFahrenheit que en la de Celsius,sedebesurur 32 a (L,8 x 'C) paraque igualenanbos ladosde la ecuacin.Como ejemplode la utilizacinde estafrmula,seconerte20' C a grados Falrenheit: ' p =(1 ,8 x'C )+3 2 'F = (1,8x2O)+ 32 ' F =3 6 =3 2 ' F =6 8 Por consiguiente, C sonigualesa 68'F. 20' La frmulaparaconvertirgradosFahrenhcit Celsiuses: a 'F -3 2 'C= 1 ,8 Una temperatura 392' F setransforma gradosCelsiusas: de en

'F -32'C= 1 ,8 392 -32 'C= 1 ,8 360 'C =

1.,8 'C = 200 que392'Fsoniguales Detal manera a200'C.

1-6

TEMPERATURA Y MEDICION DE TEMPERATURA Segmento 7: Principios de Ia medcin de temperatura

1.3

Calor

Para enender plenamente lo que es temperatura, tiene que hacerse una distincin enue temperatura y calor, porque aunque a veces se intercambian los trminos calor y temperatura, no significan lo mismo. Calor es la energa trmica de una sustancia. El aumento o prdida de calor cs lo que hace aumentar o disminuir la temperatura y como no es lo mismo que tempcratura"no se mide en grados. I-as dos unidadesque se usan frecuentementepara medir el calor son la Unidad Trmica Britnica (BTII) y la calora Una BTU es la cantidad de calor necesaiapara elevar la temperatura de una libra de agua en un grado Fahrenheit. Una calora es la cantidad de calor necesariapara elevar la temperatura de un gramo de agua en un gado Celsius.

1.4 Transferencia trmica Una parte importante de la medicin de tempcratul la constinrye la transfercncia trmica, o ransmisin, la cual es necesariaal funcionamiento de un tcrmmetro y ocurrc entre y dentro de una o ms de las siguientestres formas: por conduccin, conveccin o radiacin. Todos los tres mtodosde transfercnciatrmica se presentan los procesosde una planu industrial. La en conduccin es la transferenciade calor de una parte de un cuerpo a otra o a otro cuerpo por el contactodirecto enre los cuerpos.

, t-7

.1

TEMPERATURA Y MEDICION DE TEMPERATURA Segmento 1: Principios de la medicin de temperatura

Cuando el calor se transfiere por conduccin (Figrua 1-3), la energa trmica se transmite de una molcula a otra, cuando hay contacto entre las