INTRODUCCIÓN.

El presente informe y su información contenida tienen por objetivos realizar una investigación sobre los instrumentos de mediciones para la temperatura y la presión. Este trabajo está hecho con el objetivo de lograr la familiarización con aparatos e instrumentos que pueden ser utilizados en un futuro campo laboral.

MEDICIÓN DE LA TEMPERATURA.La temperatura indica el nivel al que se sitúa el calor de un determinado cuerpo. Para medir la temperatura se ha escogido la dilatación del mercurio, del alcohol o del tolueno, sustancias que se emplean para la fabricación de termómetros.

Se utiliza igualmente la variación de tensión de vapor en determinados fluidos, así como también los fenómenos termoeléctricos. Para la graduación de los termómetros se han escogido dos referencias que corresponden a dos temperaturas constantes bajo las que se producen dos fenómenos físicos:

La fusión del hielo de agua destilada, La ebullición del agua destilada,

que deben tener lugar bajo la presión atmosférica normal. Estos dos fenómenos se llaman puntos fijos de la escala termométrica.Se emplean dos escalas termométricas:

Escala Celsius Escala Farenheit

Se emplean otros termómetros distintos a los de mercurio (éstos no pueden utilizarse a muy bajas temperaturas, ya que el mercurio se solidifica a -39°C). Entre ellos se pueden citar:

El termómetro de alcohol que permite medir temperaturas hasta -80°C.El termómetro con bulbo termostático en el que se registran las variaciones de presiones inherentes a las variaciones de temperatura de un fluido por medio de un tubo Bourdon o de una lámina de acero, variaciones referenciadas en un cuadrante graduado en temperatura.El termómetro con par termoeléctrico que se utiliza especialmente en la toma de temperaturas a distancia.El termopar formado por dos conductores de naturaleza distinta –cobre y constantán, por ejemplo-el cual señala la diferencia de potencial provocada por la diferencia de temperaturas entre las dos extremidades de dichos conductores unidos por soldadura, de los que uno se mantiene a temperaturas constantes (hielo en fusión).Esta diferencia de potencial puede leerse en un milivoltímetro graduado en grados (figura).

TIPOS DE TERMÓMETROS.

Termómetros de líquidoLos termómetros de líquido encerrado en vidrio son, ciertamente, los más familiares: el de mercurio se emplea mucho para tomar la temperatura de las personas, y, para medir la de interiores, suelen emplearse los de alcohol coloreado en tubo de vidrio. Los de mercurio pueden funcionar en la gama que va de −39 °C (punto de congelación del mercurio) a 357 °C (su punto de ebullición), con la ventaja de ser portátiles y permitir una lectura directa. No son, desde luego, muy precisos para fines científicos.

El termómetro de alcohol coloreado es también portátil, pero todavía menos preciso; sin embargo, presta servicios cuando más que nada importa su cómodo empleo. Tiene la ventaja de registrar temperaturas desde − 112 °C (punto de congelación del etanol, el alcohol empleado en él) hasta 78 °C (su punto de ebullición), cubriendo por lo tanto toda la gama de temperaturas que hallamos normalmente en nuestro entorno.

El termómetro de gas de volumen constante es muy exacto, y tiene un margen de aplicación extraordinario: desde − 27 °C hasta 1477 °C. Pero es más complicado, por lo que se utiliza más bien como un instrumento normativo para la graduación de otros termómetros. El termómetro de gas a volumen constante se compone de una ampolla con gas −helio, hidrógeno o nitrógeno, según la gama de temperaturas deseada− y un manómetro medidor de la presión. Se pone la ampolla del gas en el ambiente cuya temperatura hay que medir, y se ajusta entonces la columna de mercurio (manómetro) que está en conexión con la ampolla, para darle un volumen fijo al gas de la ampolla. La altura de la columna de mercurio indica la presión del gas. A partir de ella se puede calcular la temperatura.

Termómetros de resistencia de platino.El termómetro de resistencia de platino depende de la variación de la resistencia a la temperatura de una espiral de alambre de platino. Es el termómetro más preciso dentro de la gama de −259 °C a 631 °C, y se puede emplear para medir temperaturas hasta de 1127 °C. Pero reacciona despacio a los cambios de temperatura, debido a su gran capacidad térmica y baja conductividad, por lo que se emplea sobre todo para medir temperaturas fijas.

Par térmico.Un par térmico (o pila termoeléctrica) consta de dos cables de metales diferentes unidos, que producen un voltaje que varía con la temperatura de la conexión. Se emplean diferentes pares de metales para las distintas gamas de temperatura, siendo muy amplio el margen de conjunto: desde −248 °C hasta 1477 °C.

El par térmico es el termómetro más preciso en la gama de −631 °C a 1064 °C y, como es muy pequeño, puede responder rápidamente a los cambios de temperatura.

Pirómetros.El pirómetro de radiación se emplea para medir temperaturas muy elevadas. Se basa en el calor o la radiación visible emitida por objetos calientes, y mide el calor de la radiación mediante un par térmico o la luminosidad de la radiación visible, comparada con un filamento de tungsteno incandescente conectado a un circuito eléctrico. El pirómetro es el único termómetro que puede medir temperaturas superiores a 1477 °C. (Dispositivo capaz de medir la temperatura de una sustancia sin necesidad de estar en contacto con ella).

TERMÓMETROS DE DILATACIÓN.

Termómetros de líquido en vidrio El vidrio del termómetro debe elegirse por su estabilidad y debe estar bien recocido. El bulbo, a altas temperaturas y presiones, está expuesto a aumento permanente de volumen, ocasionando que la indicación del termómetro sea más baja de lo debido. Los termómetros de mercurio más exactos están graduados y calibrados para inmersión total; esto es, con todo el mercurio, incluyendo el del tubo, a la temperatura que se está: midiendo. Si parte del mercurio de la 2 columna se extiende fuera de la región en que se ha de medir la temperatura, hay que aplicar una corrección a la lectura, basada en la longitud en grados de la columna emergente, en la diferencia de temperatura entre la columna emergente y el bulbo y en la dilatación relativa del mercurio y del vidrio.

Termómetro de Beckmann El termómetro diferencial de Beckmann tiene una escala de 30 cm de largo, aproximadamente, con una escala total de 5 6 6 grados C. en divisiones. de 0.01 de grado. Está construido de suerte que una parte del mercurio del bulbo puede ser trasladada a un depósito de manera que lleve el extremo de la columna de mercurio a la sección graduada para las zonas de temperaturas en que se han de medir las diferencias. Se emplea sólo para medir diferencias de temperatura. La exactitud conseguida está entre 0.002 y 0.005 grados en la medida de cualquier intervalo dentro de los límites de la escala.

Parte superior de un termómetro de Beckmann.Termómetro de cinta bimetálicaEste termómetro consiste en una cinta hecha de dos metales de coeficientes de dilatación térmica muy diferente, tales como el Invar y el latón, soldados cara con cara en toda su longitud. La cinta puede ser casi recta o puede formar una espiral para conseguir mayor sensibilidad. Una elevación de temperatura cambia la curvatura de la cinta, puesto que el latón aumenta más rápidamente en longitud que el Invar. Si uno de los extremos es fijo, un indicador unido al extremo libre se mueve sobre una escala graduada en temperaturas o una pluma se mueve sobre una tarjeta movible para registrar la temperatura. La respuesta a los cambios de temperatura es casi lineal. Dentro del intervalo de temperaturas aceptado (no superior a 1500 C. cuando se emplea el latón, considerablemente superior cuando se emplea en lugar del latón una aleación de cromo y níquel), los errores inherentes a la cinta son insignificantes.

Termómetros de sistemas llenos.Éstos incluyen los termómetros llenos de gas y de líquido en dilatación.Termómetros de vapor a presión. Los termómetros de vapor a presión utilizan el hecho de que en una vasija cerrada que no contiene más que un líquido y su vapor, llenando el líquido sólo parcialmente, el recinto, la presión es dependiente solamente de la especie del líquido y de su temperatura. Un uso muy extenso se hace de esta relación entre la presión del vapor y la temperatura en la medida y registro de las temperaturas industriales.

APARATOS PARA LA MEDICIÓN DE PRESIONES Y DEL VACÍO.

Para la medición de la presión atmosférica se emplean barómetros.a) Barómetro de mercurio en el cual se mide la altura de la columna barométrica.b) Barómetro aneroide. Aparato inventado por Vidi y perfeccionado por Bourdon. Se compone de un

tubo de cobre que forma un círculo casi completo. Este tubo en cuyo interior se ha hecho el vacío, queda fijo por uno de sus extremos. El otro se halla junto a una pequeña palanca, la cual se pone en movimiento en un sector dentado que engrana en un piñón portador de una aguja indicadora. La curva del tubo crece cuando aumenta la presión atmosférica, y la aguja señala la variación sobre un cuadrante.

Medición de las presiones en general.Se emplean manómetros metálicos basados en el sistema de Bourdon. Un extremo del tubo en espiral se halla cerrado, mientras que el otro se comunica con la presión que ha de medirse.En refrigeración, se emplean manómetros cuya escala está graduada de 0 a 25 bars para la medición de las presiones de descarga y también de manómetros llamados de “baja presión”, cuyo cuadrante está graduado desde -1 a 6 bars para medir las presiones de aspiración. Las lecturas de las depresiones se efectúan en la escala de 0 a -1(es decir, desde cero al vacío absoluto) y las presiones relativas de 0 a 6 bars.En las instalaciones de refrigeración de tipo comercial y domestico se utilizan también manómetros con los cuadrantes graduados en libras por pulgada cuadrada para medir las presiones de descarga y en pulgadas y libras por pulgada cuadrada para la lectura de los vacíos y de las presiones de aspiración.

Manómetro de columna de líquido.

Doble columna líquida utilizada para medir la diferencia entre las presiones de dos fluidos. El manómetro de columna de líquido es el patrón base para la medición de pequeñas diferencias de presión.

Las dos variedades principales son el manómetro de tubo de vidrio, para la simple indicación de la diferencia de las presiones, y le manómetro de mercurio con recipiente metálico, utilizado para regular o registrar una diferencia de presión o una corriente de un líquido.

Los tres tipos básicos de manómetro de tubo de vidrio son el de tubo en U , los de cisterna y los de tubo inclinado, que pueden medir el vacío o la presión manométrica dejando una rama abierta a la atmósfera.

Manómetro de tubo en U: Si cada rama del manómetro se conecta a distintas fuentes de presión, el nivel del líquido aumentara en la rama a menor presión y disminuirá en la otra. La diferencia entre los niveles es función de las presiones aplicadas y del peso específico del líquido del instrumento. El área de la sección de los tubos no influye en la diferencia de niveles. Normalmente se fija entre las dos ramas una escala graduada para facilitar las medidas.

Sin lugar a dudas la columna de líquido de tipo U es la configuración más popular para la medición de presión, tanto con mercurio, agua y aceites. La ecuación siguiente rige la medición de presión con este tipo de columna.

Manómetro de cisterna.Una de las ramas de este tipo de manómetro tiene un diámetro relativamente pequeño; la otra es un depósito. El área de la sección recta del depósito es mayor que la del manómetro. Cuando se produce un pequeño desnivel en el depósito, se compensa mediante ajustes de la escala de la rama del manómetro. Entonces las lecturas de la presión diferencial o manométrica pueden efectuarse directamente en la escala manómetro. Los barómetros de mercurio se hacen generalmente del tipo cisterna.El fluido manométrico normalmente mercurio y agua tiene alcances de 150 a 3 000 mm de altura utilizando reglas con división mínima de 1 mm a 0,1 mm, se utiliza para la medición de presión relativa y negativa.

Las columnas de tipo cisterna requieren que la regla esté compensada para corregir la fracción de altura que se mueve la columna en la cisterna con respecto a la posición inicial y que no es posible reajustar cuando la cisterna es opaca.

Manómetro inclinadoLos manómetros inclinados son similares en estructura a los manómetros tipo pozo, pero el tubo principal del manómetro está inclinado sobre una pendiente, en lugar de estar vertical. Esto tiene la ventaja de permitir tomar la lectura en unidades más pequeñas que los otros modelos, lo que significa que un

manómetro inclinado puede dar una lectura muy específica. Estos manómetros pueden tener diferentes niveles de inclinación.

La ecuación muestra la corrección que se aplica en la columna de cisterna con columna de medición inclinada.

Manómetros de tubo dobleUn manómetro de tubo doble es un manómetro que está diseñado para leer presiones muy altas. Una presión alta hace que se necesite de un tubo indicador más largo, lo que es muy inconveniente para la persona que lee el manómetro. Un manómetro de tubo doble soluciona este problema al tener dos tubos para leer la presión, un manómetro de tipo pozo estándar y un manómetro de tipo pozo con el pozo en la lectura de 100 pulgadas del tubo del indicador.

Para medir presiones muy bajas, especialmente en laboratorios se emplean los aparatos siguientes:

a) El manómetro truncado de mercurio, en el que se utiliza la diferencia de niveles en las dos secciones de un tubo de cristal en forma de U (lectura entre 760 y 0,5 mm de Hg).

b) El manómetro de tubo inclinado, análogo al anterior, cuya lectura es más precisa (entre 20 mm y 0,1 mm de Hg).

c) El calibrador de Mac Leod, en el cual se utilizan las desviaciones de mercurio dentro de un tubo capilar.

d) El micro manómetro por ionización que utiliza las variaciones de la conductibilidad eléctrica de los gases ionizados con la presión. De esta forma se puedenmedir presiones del orden de 1/1000 a 1/10 000 000 mm de mercurio.

Algunos manómetros en la industria:

MANOMETROS DE COLUMNA.

Manómetros de columna para presión, vacío y

presión diferencial.

Columna inclinada con tres escalas de 10 – 25 y 50 mmca.

Columna en "U", escalas de 50 – 0 – 50 mmca. hasta 1500 -- 0 – 1500 mmca.

Columna directa, escalas 0 / +250 mmca hasta  

0 – 1400 mmca.

Líquido medidor: Silicona, tetrabromuro ó mercurio.

 

MANOMETROS STANDARD.

Manómetros de muelle tubular serie standard en diámetros 40,50,63,80,100 ó 160 mm.

Montaje radial, posterior, borde dorsal, borde frontal o con brida, según modelos.

Material de la caja: en plástico, acero pintado de negro ó acero inoxidable. Racord – tubo en latón (según modelos).

Conexiones 1/8", 1/4",1/2 " GAS, según modelos (otras bajo demanda).

Rangos de 0 – 0,6 bar a 0 – 1000 bar (según modelos) para vacío, vacío / presión o presión.

Precisión clase 1 ó 1,6.

Ejecuciones: Llenado de glicerina, contactos eléctricos, marcas personalizadas, ... etc. (Otras, consultar).

 

MANOMETROS DE BAJA PRESION.

Manómetros a cápsula, serie BAJA PRESION.

En diámetros 63, 100 ó 160.

Montaje radial, posterior, borde dorsal o borde frontal (según modelos).

Material: caja en acero pintado en negro o acero inoxidable. Racord – cápsula en latón o acero inoxidable.

Conexiones 1/4",1/2" GAS, según modelos. (Otras bajo demanda).

Rangos de 0 – 2,5 mbar a 0 – 600 mbar (según modelos), para vacío, vacío / presión o presión.

Precisión clase 1,6.

En el laboratorio, se observaron estos instrumentos de medición en diversos equipos como intercambiadores de calor, enfriadores o “chillers” o una turbina de gas; también se nos explicó para qué se utilizan e identificamos sus escalas: grados Celsius, Farenheit, o mm/columna de agua.

BIBLIOGRAFÍA.

Rapin, Pierre y Patrick Jacquard. FORMULARIO DEL FRÍO. Dunod, París.,ALFAOMEGA GRUPO EDITOR, S.A de C.V. , 2001, pp.470.

CIBERGRAFÍA.

Centro Nacional de Metrología.https://www.cenam.mx/publicaciones/gratuitas/descarga/memorias%20simposio/documentos/ta-or003.pdf