Termometría basada en expansión térmica Cristina Ivette Ruvalcaba Torres 8B3 T/M Octubre 03, 2011

Introducción La medida de la temperatura es de las mediciones más comunes y más importantes en la industria. Los instrumentos de temperatura se basan en distintos fenómenos, en esta presentación se tratará solo de la expansión térmica como fundamento para la medición de la temperatura.

Dilatación Térmica Es un fenómeno que ocurre en los sólidos principalmente, pero esta presente en líquidos y gases. En general lo que ocurre es un cambio en el volumen de un sólido a la par de un cambio de temperatura.

Introducción Lo normal es que al aumentar la temperatura aumente también el volumen. En general se estudia de dos maneras: la dilatación lineal y la dilatación volumétrica

Dilatación Térmica En escala microscópica la dilatación térmica de un cuerpo es consecuencia del cambio en la separación media entre sus átomos o moléculas. Para comprender esto, se considerará un sólido que consta de un arreglo regular de átomos mantenidos unidos por fuerzas eléctricas.

Fig. 1. Modelo mecánico de un sólido Introducción Un modelo mecánico de estas fuerzas es imaginar que los átomos están unidos por resortes rígidos Fig. 1. Modelo mecánico de un sólido

Dilatación Térmica Para temperaturas en los rangos comunes de la naturaleza, los átomos vibran respecto a sus posiciones de equilibrio con una amplitud aproximada de 10-11 m y una frecuencia de 1013 Hz. La separación promedio entre los átomos es del orden de 10-10 m.

Introducción Al aumentar la temperatura del sólido, los átomos vibran con amplitudes más grandes y la separación promedio entre ellos aumenta, dando por resultado que el sólido como un todo se dilate cuando aumente su temperatura

Dilatación Térmica Por lo general, los líquidos aumentan su volumen al aumentar la temperatura y tienen coeficientes de dilatación volumétrica aproximadamente 10 veces más grandes que el de los sólidos. El agua es la excepción a esta regla.

Introducción La cantidad de gas en un volumen dado se expresa en términos del número de moles, n. Se define un mol de cualquier sustancia a la masa que contiene un número N de moléculas llamado número de Avogadro. Este número N tiene un valor aproximado de 6,0220943 E23 moléculas/mol.

Dilatación Térmica Se conocen distintas ecuaciones que describen el comportamiento de los gases (ideales). En la siguiente pueden apreciarse el comportamiento (expansión o compresión) esperado del volumen de un gas con base en la temperatura: Si la presión P del gas se mantiene constante, su volumen V es directamente proporcional a la temperatura T, es decir V/T = ctte.

Desarrollo del Tema Los instrumentos que miden la temperatura en función de la dilatación térmica son: Termómetros de dilatación de líquidos Termómetros de dilatación de gases Termómetros de dilatación de sólidos

Características No requieren alimentación eléctrica Se adaptan mal a medidas eléctricas Muy estables en ciclos repetitivos No generan datos que puedan almacenarse o transmitirse fácilmente Frágiles o delicados

Termómetros de dilatación de líquidos Constan de un bulbo lleno de líquido unida a un fino capilar, todo ello encerrado en una cápsula de vidrio o cuarzo en forma de varilla. La sensibilidad que se logra depende de las dimensiones del depósito, del diámetro del capilar y en menor medida del líquido empleado. Los rangos de medición se distinguen entre los distintos tipos de líquidos dilatados.

Desarrollo del Tema

Termómetros de dilatación de líquidos

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Termómetros de dilatación de gases El termómetro consiste en un volumen de aire seco encerrado por una gota de mercurio, que actúa de émbolo, dentro de un capilar calibrado. En la parte superior del termómetro existe un abombamiento con silica gel, para secar el aire que penetra en el capilar. El tubo está abierto por la parte superior, por donde se conecta la bomba manual para variar la presión sobre el gas encerrado en el tubo. .

Desarrollo del Tema El montaje se completa con una camisa de vidrio llena de agua conectada con el baño termostático Un termómetro digital conectado en uno de los laterales de la camisa permite conocer la temperatura del agua de la camisa y por tanto la del gas encerrado en el capilar .

Termómetros de dilatación de gases El volumen del gas en el interior del capilar se determina simplemente mediante la lectura en la escala milimétrica de la altura que alcanza la gota de mercurio

Desarrollo del Tema Aplicaciones: Para medios agresivos en química, petroquímica e industria de procesos, empleo universal en los sectores de maquinaria, plantas de proceso, depósitos, industria alimentaria, medición de temperatura sin contacto con el fluido, montaje en paneles de medición y control, puestos de mando.

Termómetros de dilatación de gases

Termómetros de dilatación de sólidos Termómetro Bimetálico: Se basa en el distinto coeficiente de dilatación de dos metales diferentes laminados conjuntamente. Los metales más comúnmente encontrados para esta aplicación son el latón o monel y una aleación ferroníquel o Invar (35% níquel).

Desarrollo del Tema Poseen pocas partes móviles. La lámina aleada puede variar en su forma (lineal, curva o helicoidal). Poseen un tiempo de respuesta rápida. Su rango de temperatura va de -30 hasta 500 ºC

Termómetros de dilatación de sólidos

Referencias Bibliográficas Termómetros bimetálicos para aplicaciones industriales (s.f.). Recuperado el 02 de octubre de 2011, de http://www.koboldmessring.com/fileadmin/k oboldfiles/pdf/es/t2es_tbi-i-s.pdf Termómetros bimetálicos weisz (s.f.). Recuperado el 02 de octubre de 2011, de http://www.weisz.com/informacion/folletos_ pdf/temperatura/WSZ_T500.pdf

Referencias Bibliográficas Sensores de temperatura IIMPI (s.f.). Recuperado el 02 de octubre de 2011, de http://www.fing.edu.uy/iimpi/academica/grad o/instindustrial/teorico/080306-Sensores- parte_II.temperatura.pdf Termómetros de dilatación de gas modelo 73, ejecución en acero inoxidable (s.f.). Recuperado el 02 de octubre de 2011, de http://en- co.wika.de/upload/DS_TM7301_E_2144.pdf

Referencias Bibliográficas Termómetros de líquido en vidrio (s.f.). Recuperado el 02 de octubre de 2011, de http://www.metas.com.mx/guiametas/La- Guia-MetAs-08-09-termometros-liquido-en- vidrio.pdf Temperatura y termómetro (s.f.). Recuperado el 02 de octubre de 2011, de http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/cien cia/volumen2/ciencia3/085/htm/sec_6.htm