TEMA: SISTEMAS DE MEDICIN DE TEMPERATURA

INTRODUCCIN

En fsica e ingeniera, medir es la actividad de comparar magnitudes fsicas de objetos y sucesos del mundo real. Como unidades se utilizan objetos y sucesos previamente establecidos como estndares, y la medicin da como resultado un nmero que es la relacin entre el objeto de estudio y la unidad de referencia. Los instrumentos de medicin son el medio por el que se hace esta conversin.

Dos caractersticas importantes de un instrumento de medida son la apreciacin y la sensibilidad.

Los fsicos utilizan una gran variedad de instrumentos para llevar a cabo sus mediciones. Desde objetos sencillos como reglas y cronmetros hasta microscopios electrnicos y aceleradores de partculas.

Estos Instrumenentos de medicin de temperatura, sirven muchas veces como parte de un sistema de medicin ; lo que tse persigue en este informe de investigacin es dar a conocer los diferentes tipos de sistemas de medicin de temperatura utilizados; para ello empezaremos por tener una idea de la variable fisica en mencin La temperatura.

La Temperatura es difcil de definir; sin embargo podemos conceptuarla como el grado de agitacin o interaccin molecular de la materia en un determinado estado.Podramos definirlo tambin como el grado relativo de calor o fro que tiene un cuerpo.

Diferentes efectos producidos por la temperatura

1. Aumento de las dimensiones (Dilatacin).

2. Aumento de presin o volumen constante.

3. Cambio de fem. inducida.

4. Aumento de la resistencia.

5. Aumento en radiacin superficial.

6. Cambio de temperatura.

7. Cambio de estado slido a liquido.

8. Cambio de calor

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 molculas de esa porcin de materia en estado esttico o con energa cintica nula.

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

Sin mas prembulo pasemos a definir a un sistema de medicin de temperatura.

TEMA: SISTEMAS DE MEDICIN DE TEMPERATURA

I.- INSTRUMENTOS DEMEDICIN DE TEMPERATURA

a) concepto:

Todos los instrumentos de medicin de temperatura cualquiera que fuese su naturaleza dan la misma lectura en cero por ciento (0%) y 100%, si se calibra adecuadamente, pero en otros puntos generalmente la lectura no corresponder porque las propiedades de expansin de los lquidos varan, en este caso se hace una eleccin arbitraria y, para muchos fines ser totalmente satisfactoria, sin embargo es posible definir una escala de temperatura de un gas ideal como base suprema de todo trabajo cientfico.

b) Tipos:

Los elementos primarios de medicin y temperatura, son transductores que convierten la energa trmica en otra o en un movimiento.

Se han dividido los elementos primarios de medicin de temperatura en 3 tipos:

a. TERMOMETROS.- Transductores que convierten la temperatura en movimiento.

b. SISTEMAS TERMALES.- Transductores que convierten la temperatura en presin (y despus en movimiento).

c. TERMOELECTRICOS.- Transductores que convierten la temperatura en energa elctrica (y mediante un circuito en movimiento)

Termmetros

a. De Alcohol

b. De Mercurio

c. Bimetlico

Elementos Primarios de medicin de temperatura

Sistemas Termales

a. Liquido (Clase I)

b. Vapor (Clase II)

c. Gas (Clase III)

d. Mercurio (Clase IV)

Termoelctricos

a. Termopar

b. Resistencia

c. Radiacin

d. Optico

Otros instrumentos usados bsicamente en la medicin de la temperatura son:

1. - Termmetro de Vidrio2. - Termmetro Bimetlico3. - Termopares4. - Termo resistencia (RTD)5. - Pirometro de Radiacin

a. Termmetros

Son instrumentos que se utilizan para medir la temperatura de los cuerpos, su funcionamiento se basa en la propiedad que tienen algunas sustancias de variar su volumen con la temperatura, pueden usarse en ellos sustancias slidas, liquidas o gaseosas como termomtricas, con la nica exigencia que la variacin de volumen sea en el mismo sentido de la temperatura.

El termmetro de liquido en vidrio es uno de los tipos mas comunes de dispositivos de medicin de temperatura y sus detalles de construccin , se muestra en la figura siguiente.

Su bulbo relativamente grande en la parte mas baja del termmetro contiene la mayor cantidad del liquido el cual se expande cuando se caliente y sube por el tubo capilar en el cual esta grabada una escala apropiada con marcas, en la parte superior del tubo capilar se coloca en case de que el margen de temperatura del termmetro se exceda de manera inadvertida. los lquidos mas usados son el alcohol y el mercurio. El alcohol tiene la ventaja de poseer un coeficiente de expansin mas alto que el del mercurio pero esta limitado a mediciones de baja temperatura debido a que tiende a hervir a temperaturas altas. El mercurio no puede usarse debajo de su punto de congelacin de -38.78F (-37.8C). El tamao del capilar depende del tamao del bulbo sensor, el liquido y los mrgenes de temperatura deseados para el termmetros.Por lo general, los termmetros de mercurio en vidrio se aplican hasta 600F (315C); pero su alcance puede extenderse a 1000F (338C) llenando el espacio sobre el mercurio comn gas como el nitrgeno. Esto aumenta la presin en el mercurio, eleva su punto de ebullicin y permite; por lo tanto, el uso de termmetro a temperaturas mas altas.

Un mtodo muy usado para medir la temperatura, es la cinta bimetalica se conectan juntos 2 piezas de metal con diferentes coeficientes de expansin trmica para formar el dispositivo mostrado en la figura siguiente.

Cuando la cinta se somete a cualquier temperatura mas alta a la temperatura a la cual se hizo la liga se doblara en una direccin: cuando se somete a una temperatura inferior, se dobla al otro lado. EZKIN y FRITZE dieron mtodos de calculo par las cintas bimetalicas. El radio de curvatura puede calcularse como:

t = espesor combinado de la cinta ligada.

m = razn de espesores de los materiales de baja a alta expansin.

n = razn del modulo de elasticidad de los materiales de baja a alta expansin.

1 =coeficiente mas bajo de expansin.

2 =coeficiente mas alto de expansin.

T = temperaturaTo = temperatura inicial de la ligadura.

Los coeficientes de expansin trmica de algunos materiales usados estn en la siguiente tabla.

Material

Coeficiente de expansin

trmica x C

Modulo de elasticidad PSI lb/plg2

GN/m2

Invar

Latn amarillo

Monel -400

Inconel -702

Acero inox. -3/6

1.7x10-6

2.02x10-5

1.35x10-5

1.25x10-5

1.6x10-5

21.4x106

14x106

26x106

31.5x106

28x106

147

96.5

179

217

193

CARACTERISTICAS DE LOS TERMOPARES MENCIONADOS

Los 6 termopares mas frecuentemente usados en la practica son:

Positivo

Tipo

Negativo

Cobre

Hierro

Cromel

Cromel

Platino +13% Radio

Platino +10% Radio

T

J

E

K

R

S

Constantn

Constantn

Constantn

Alumel

Platino

Platino

La clasificacin por tipos a sido elaborado por la SAMA y adoptado por la ISA.

1.1. CARACTERSTICAS ESTTICAS:

1.1.1. CARACTERSTICAS SISTEMTICAS:

a) Rango de trabajo:

Cobre - Constantn (T)

Se utiliza para medir temperaturas entre los -18.5C a 379C y son de un precio bajo y ofrecen resistencia a la corrosin en atmsferas hmedas. Pueden ser usados en atmsferas reductoras y oxidantes.

Hierro - Constantn (J)

Se aplican normalmente para temperaturas, que van de -15C a 750C, dependiendo de su calibre. Son recomendables para usarse en atmsferas donde existe deficiencia de oxigeno libre. Son recomendables ampliamente en atmsferas reductoras. Como tienen un precio relativamente bajo son muy ampliamente usados para la medicin de temperaturas dentro de su rango recomendado.

Cromel - Constantn (E)

Se emplean primordialmente en atmsferas oxidantes.

Cromel - Alumel (K)

El rango de temperatura recomendado es desde los 280C a 580C de acuerdo con el calibre del alambre usado. Este tipo de termopares presta un servicio optimo en atmsferas oxidantes aunque tambin se puede usar en atmsferas reductoras o alternativamente oxidantes o reductoras o siempre y cuando se use un tubo de proteccin apropiado y ventilado.

Platino - Radio (R y S)

Si se cuenta con una proteccin adecuada sirven para la medicin de temperaturas hasta de 1650C en atmsferas oxidantes. Estos termopares se contaminan con facilidad cuando se usan en cualquier otra atmsfera por lo que deben ser tomadas algunas precauciones en el caso de usarse en estas condiciones, mediante tubos de proteccin adecuados. Los vapores metlicos, el hidrogeno y los silicones son veneno para este tipo de termopares.

Sus precios, comparando con los dems termopares discutidos son mas altos y si fem. pequeos por lo que la aplicacin de este tipo de termopares esta restringida a altas temperaturas.

Tungsteno - Tungsteno y Renio

Este tipo de termopares es recomendado para las mismas temperatura, que los de tungsteno - renio. La diferencia esta en que provee 3 veces potencia termoelctrica 1650C.

1. TERMMETRO DE VIDRIO

Este tipo de instrumento, es el ms conocido por nosotros; consta de un tubo de vidrio hueco, con un deposito lleno de un fluido muy sensible volumtrica mente a los cambios de temperatura.

Dependiendo del fluido usado, tendremos diferentes rangos de temperatura para este tipo de instrumento, los cules, vendrn limitados, por los puntos de solidificacin y de ebullicin de los antes citados fluidos. Algunos de estos son:

Mercurio -35 a 280 CMercurio (tubo de gas) -35 a 450 CPentano -200 a 20 CAlcohol -110 a 50 CTolueno -70 a 100 C

Estos son frgiles, requieren de una posicin especfica para funcionar, adems de tener un rango muy limitado de la variable.

2. TERMMETROS BIMETLICOS

Al igual que el termmetro de vidrio, utilizan el fenmeno de cambios volumtricos, para su funcionamiento. El termmetro bimetlico, consta, como su nombre lo dice, de dos barras metlicas de diferentes metales unidas rgidamente, al ser estos materiales diferentes, tendrn necesariamente, que tener diferentes coeficientes de dilatacin lineal.

Esta diferencia produce una curvatura de la barra conjunta, debido a que un material s alongar ms que el otro. Mediante este mtodo, funcionan la gran mayora de los termostatos (interruptores de temperatura) y algunos termmetros indicadores locales.

3. TERMOPARES

Diagrama de funcionamiento del termopar

Un termopar es un circuito formado por dos metales distintos que produce un voltaje que es funcin de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" y el otro denominado "punto frio".En electrnica, los termopares son ampliamente usados como sensores de temperatura. Son econmicos, intercambiables, tienen conectores estndar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Su principal limitacin es la exactitud ya que los errores del sistema inferiores a un grado centgrado son difciles de obtener.

El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila. Tanto los termopares como las termopilas son muy usadas en aplicaciones de calefaccin a gas.

Funcionamiento

En 1822 el fsico estonio Thomas Seebeck descubri accidentalmente que la unin entre dos metales genera un voltaje que es funcin de la temperatura. Los termopares funcionan bajo este principio, el llamado efecto Seebeck. Si bien casi cualquier par de metales pueden ser usados para crear un termopar, se usa un cierto nmero debido a que producen voltajes predecibles y amplios gradientes de temperatura.El diagrama inferior muestra un termopar del tipo K, que es el ms popular:

En el diagrama de arriba, este termopar de tipo K producir 12,2mV a 300C. Desafortunadamente no es posible conectar un voltmetro al termopar para medir este voltaje porque la conexin a las guas del voltmetro har una segunda unin no deseada. Para realizar mediciones precisas se debe compensar al usar una tcnica conocida como compensacin de unin fra (CUF).La ley de los metales intermedios dice que un tercer metal introducido entre dos metales distintos de una unin de termopar no tendr efecto siempre y cuando las dos uniones estn a la misma temperatura. Esta ley es importante en la construccin de uniones de termopares. Es posible hacer una unin termopar al estaar dos metales, ya que la estaadura no afectar la sensibilidad. En la prctica, las uniones termopares se realizan con soldaduras de los dos metales (por lo general con una carga capacitiva) ya que esto asegura que el desempeo no est limitado al punto de fusin de una estaadura.

Por lo general, la temperatura de la unin fra es detectada por un termistor de precisin en buen contacto con los conectores de salida del instrumento de medicin. Esta segunda lectura de temperatura, junto con la lectura del termopar es usada por el instrumento de medicin para calcular la temperatura verdadera en el extremo del termopar. Para aplicaciones menos crticas, la CUF es usada por un sensor de temperatura semiconductor. Al combinar la seal de este semiconductor con la seal del termopar, la lectura correcta puede ser obtenida sin la necesidad o esfuerzo de registrar dos temperaturas. La comprensin de la compensacin de unin fra es importante; cualquier error en la medicin de la temperatura de la unin fra terminar en el error de la temperatura medida en el extremo del termopar.

Linealizacin

Adems de lidiar con la CUF, el instrumento de medicin debe adems enfrentar el hecho de que la energa generada por un termopar es una funcin no lineal de la temperatura. Esta dependencia se puede aproximar por un polinomio complejo (de 5 a 9 orden dependiendo del tipo de termopar). Los mtodos anlogos de linealizacin son usados en medidores termopares de bajo costo.

No se pudo entender (error desconocido): Escribe aqu una frmula ==Modalidades de termopares==

Los termopares estn disponibles en diferentes modalidades, como sondas. Estas ltimas son ideales para variadas aplicaciones de medicin, por ejemplo, en la investigacin mdica, sensores de temperatura para los alimentos, en la industria y en otras ramas de la ciencia, etc.

A la hora de seleccionar una sonda de este tipo debe tenerse en consideracin el tipo de conector. Los dos tipos son el modelo estndar, con pines redondos y el modelo miniatura, con pines chatos, siendo estos ltimos (contradictoriamente al nombre de los primeros) los ms populares.

Otro punto importante en la seleccin es el tipo de termopar, el aislamiento y la construccin de la sonda. Todos estos factores tienen un efecto en el rango de temperatura a medir, precisin y confiabilidad en las lecturas.

Tipos de termopares [editar]

Tipo K (Cromo (Ni-Cr) / Aluminio (aleacin de Ni-Al)): con una amplia variedad de aplicaciones, est disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas. Tienen un rango de temperatura de -200 C a +1.200 C y una sensibilidad 41V/C aprox.

Tipo E (Cromo / Constantn (aleacin de Cu-Ni)): No son magnticos y gracias a su sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas, en el mbito criognico. Tienen una sensibilidad de 68 V/C.

Tipo J (Hierro / Constantn): debido a su limitado rango, el tipo J es menos popular que el K. Son ideales para usar en viejos equipos que no aceptan el uso de termopares ms modernos. El tipo J no puede usarse a temperaturas superiores a 760 C ya que una abrupta transformacin magntica causa una descalibracin permanente. Tienen un rango de -40C a +750C.

Tipo N (Nicrosil (Ni-Cr-Si / Nisil (Ni-Si)): es adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidacin de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S que son ms caros.

Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los ms estables, pero debido a su baja sensibilidad (10 V/C aprox.) generalmente son usados para medir altas temperaturas (superiores a 300 C).

Tipo B (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): son adecuados para la medicin de altas temperaturas superiores a 1.800 C. El tipo B por lo general presentan el mismo resultado a 0 C y 42 C debido a su curva de temperatura/voltaje.

Tipo R (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): adecuados para la medicin de temperaturas de hasta 1.600 C. Su baja sensibilidad (10 V/C) y su elevado quitan su atractivo.

Tipo S (Hierro / Constantn): ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1.600 C, pero su baja sensibilidad (10 V/C) y su elevado precio lo convierten en un instrumento no adecuado para el uso general. Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibracin universal del punto de fusin del oro (1064,43 C).

Tipo T: es un termopar adecuado para mediciones en el rango de -200 C a 0 C. El conductor positivo est hecho de cobre y el negativo, de constantn.

Los termopares con una baja sensibilidad, como en el caso de los tipos B, R y S, tienen adems una resolucin menor. La seleccin de termopares es importante para asegurarse que cubren el rango de temperaturas a determinar...

Precauciones y consideraciones al usar termopares

La mayor parte de los problemas de medicin y errores con los termopares se deben a la falta de conocimientos del funcionamiento de los termopares. A continuacin, un breve listado de los problemas ms comunes que deben tenerse en cuenta.

Problemas de conexin

La mayora de los errores de medicin son causados por uniones no intencionales del termopar. Se debe tener en cuenta que cualquier contacto entre dos metales distintos crear una unin. Si lo que se desea es aumentar la longitud de las guas, se debe usar el tipo correcto del cable de extensin. As por ejemplo, el tipo K corresponde al termopar K. Al usar otro tipo se introducir una unin termopar. Cualquiera que sea el conector empleado debe estar hecho del material termopar correcto y su polaridad debe ser la adecuada. brutalidad

Resistencia de la gua

Para minimizar la desviacin trmica y mejorar los tiempos de respuesta, los termopares estn integrados con delgados cables. Esto puede causar que los termopares tengan una alta resistencia, la cual puede hacer que sea sensible al ruido y tambin puede causar errores debidos a la resistencia del instrumento de medicin. Una unin termopar tpica expuesta con 0,25 mm. tendr una resistencia de cerca de 15 ohms por metro. Si se necesitan termopares con delgadas guas o largos cables, conviene mantener las guas cortas y entonces usar el cable de extensin, el cual es ms grueso, (lo que significa una menor resistencia) ubicado entre el termopar y el instrumento de medicin. Se recomienda medir la resistencia del termopar antes de utilizarlo.

Descalibracin

La descalibracin es el proceso de alterar accidentalmente la conformacin del cable del termopar. La causa ms comn es la difusin de partculas atmosfricas en el metal a los extremos de la temperatura de operacin. Otras causas son las impurezas y los qumicos del aislante difundindose en el cable del termopar. Si se opera a elevadas temperaturas, se deben revisar las especificaciones del aislante de la sonda.

Ruido

La salida de un termopar es una pequea seal, as que es propenso a absorber ruido elctrico. La mayora de los instrumentos de medicin rechazan cualquier modo de ruido (seales que estn en el mismo cable o en ambos) as que el ruido puede ser minimizado al retorcer los cables para asegurarse que ambos recogen la misma seal de ruido. Si se opera en un ambiente extremadamente ruidoso, (Ej: cerca de un gran motor), es necesario considerar usar un cable de extensin protegido. Si se sospecha de la recepcin de ruido, primero se deben apagar todos los equipos sospechosos y comprobar si las lecturas cambian.

Voltaje en Modo Comn

Aunque las seales del termopar son muy pequeas, voltajes mucho ms grandes pueden existir en el output del instrumento de medicin. Estos voltajes pueden ser causados tanto por una recepcin inductiva (un problema cuando se mide la temperatura de partes del motor y transformadores) o por las uniones a conexiones terrestres. Un ejemplo tpico de uniones a tierra sera la medicin de un tubo de agua caliente con un termopar sin aislamiento. Si existe alguna conexin terrestre pueden existir algunos voltios entre el tubo y la tierra del instrumento de medicin. Estas seales estn una vez ms en el modo comn (las mismas en ambos cables del termopar) as que no causarn ningn problema con la mayora de los instrumentos siempre y cuando no sean demasiado grandes. Voltajes del modo comn pueden ser minimizados al usar los mismos recaudos del cableado establecidos para el ruido, y tambin al usar termopares aislados.

Desviacin trmica

Al calentar la masa de los termopares se extrae energa que afectar a la temperatura que se trata determinar. Considrese por ejemplo, medir la temperatura de un lquido en un tubo de ensayo: existen dos problemas potenciales. El primero es que la energa del calor viajar hasta el cable del termopar y se disipar hacia la atmsfera reduciendo as la temperatura del lquido alrededor de los cables. Un problema similar puede ocurrir si un termopar no est suficientemente inmerso en el lquido, debido a un ambiente de temperatura de aire ms fro en los cables, la conduccin trmica puede causar que la unin del termopar est a una temperatura diferente del lquido mismo. En este ejemplo, un termopar con cables ms delgados puede ser til, ya que causar un gradiente de temperatura ms pronunciado a lo largo del cable del termopar en la unin entre el lquido y el aire del ambiente. Si se emplean termopares con cables delgados, se debe prestar atencin a la resistencia de la gua. El uso de un termopar con delgados cables conectado a un termopar de extensin mucho ms gruesa a menudo ofrece el mejor resultado.

El termopar se basa en el principio, del efecto que fuera descubierto en 1821 por Seebeck, que establece que cuando la unin de dos materiales diferentes se encuentra a una temperatura diferente que la del medio ambiente, a travs de esos materiales circular una corriente.

El uso de termopares en la industria se ha popularizado, ya que son altamente precisos y muchos ms econmicos que las termo resistencias.

Existen muchos mtodos para realizar mediciones prcticas de temperatura. De todos ellos, unos fueron desarrollados para aplicaciones particulares mientras que otros han ido cayendo en desuso.

Los termos cpulas constituyen hoy en da el sistema de medicin de temperatura ms usado y de mejor acceso.

Esta forma de medicin abarca el rango de temperaturas requerido para la mayora de las mediciones exigidas.

Termo cpulas de diferentes tipos pueden cubrir un rango de 250C hasta 2.000C y ms si fuera necesario.

DISPOSITIVOS DE MEDICION DE TEMPERATURA

Elctricos

Termocuplas

Termo resistencias

Termistores

Resistores de carbono

Diodos

Detectores de ruido Johnson

Transistores

Cristales de cuarzo

Sales paramagnticas

Mecnicos

Sistemas de dilatacin

Termmetros de vidrio con lquidos

Termmetros bimetlicos

Radiacin trmica

Pirmetros de radiacin - Total (banda ancha)- ptico - Pasabanda- Relacin

Varios

Indicadores de color- Lpices- PinturasSondas neumticas

Censores ultrasnicos

Indicadores piromtricos

Termmetros acsticos

Cristales lquidos

Censores fludicos.

c) Caractersticas

A fin de seleccionar el mejor censor para una aplicacin dada, se deben considerar varios factores, como ser rangos de temperatura, exactitud, velocidad de respuesta, costo y requerimientos de mantenimiento. Estos factores sern analizados a continuacin en relacin a aquellos dispositivos de uso ms comn en las industrias de proceso: termocuplas, termo resistencias, termistores, sistemas de dilatacin y pirmetros de radiacin u pticos.

En la Tabla 1 se listan los rangos de temperatura medidos normalmente mediante censores estndar. Estos rangos no representan los extremos alcanzables, sino los lmites que pueden medirse con los dispositivos disponibles por lo general en el mercado y que son suministrados por la mayora de los fabricantes. Se pueden medir mayores y menores temperaturas, pero generalmente con una menor exactitud y a un mayor costo.

Tabla 1 - Rangos de temperatura correspondientes a los mtodos mas comunes de medicin.

SISTEMARANGO EN C

Termocuplas-200 a 2800

Sistemas de dilatacin (capilares o bimetlicos ) -195 a 760

Termo resistencias-250 a 850

Termistores-195 a 450

Pirmetros de radiacin-40 a 4000

4.- Termmetro infrarrojo PCE-880ligero termmetro infrarrojo con rayo lser rojo paramediciones de temperaturas superficiales sin contacto

El termmetro infrarrojo PCE-880 es un modelo muy ergonmico y fcil de transportar. Este ligero termmetro infrarrojo destaca por su sencillo manejo y el rayo de luz rojo, as con la ayuda del termmetro infrarrojo visualizar el objetivo con gran precisin. El termmetro infrarrojo est pensado para la industria y la profesin, para inspeccin y mantenimiento de calefacciones, instalaciones de ventilacin, de aire acondicionado, para el automvil, control de instalaciones elctricas y armarios de distribucin.El termmetro infrarrojo puede ser usado en condiciones adversas. La pantalla est iluminada. El apa- rato posee un rayo lser visible para poder orientar con precisin, para realizar mediciones rpidas y sin contacto desde una cierta distancia en objetos muy calientes o en movimiento, as como en luga- res de difcil acceso. El valor de emisin de este termmetro infrarrojo est fijado a 0,95 y con ello se cubre el 90 % de las posibles mediciones a realizar.En este enlace puede encontrar otro termmetro infrarrojo semejante a este pero con un rango de medicin mayor. El termmetro infrarrojo con valor K ajustable (grados de emisin) pueden ser utilizados para la medicin de la temperatura superficial de diferentes materiales que no sean brillantes o transparentes. Aqu encontrar una tabla con los valores K para los materiales ms diversos. Si desea encontrar datos acerca del funcionamiento del termmetro infrarrojo la puede ver en el siguiente enlace principio de funcionamiento. Aqu podr ver ms informacin sobre varios equipos para realizar mediciones de temperatura con infrarrojo.

Gran pantalla LCD de 3 1/2 posiciones con iluminacin de fondo y mantenimiento de valores de medicin. Indicador mx: 1999

Eleccin de valores en C o en F

Desconexin automtica, mantiene valores

Rpida sucesin en la medicin

Buena relacin distancia / punto de medi- cin de 8 : 1 (dimetro aproximado del pun-to de medicin: 25 mm para una distancia de aprox. 20 cm, 50 mm para 40 cm, 100 mm para 80 cm y 200 mm para 1,6 m)

Termmetro infrarrojo PCE-880

Relacin de la distancia del termmetro infrarrojo con el tamao del punto de medicin: 8 : 1Especificaciones tcnicas

Rango de medicin de temperatura- 20 ... + 270 C / - 4 ... + 518 F

Resolucin1 C

Precisin 3 % del valor de medicin -1 C

Tiempo de respuesta< 500 ms

Rango de temperatura ambiental0 ... 50 C (32 ... 150 F)

Alimentacinbatera de bloque de 9 V

Dimensiones159 x 57 x 79mm

Peso180 g

Punto de medicin (relacin distancia / tamao)8 : 1

Grado de emisin (ajuste fijo)0,95

Punto lser / objetivopunto de rayo lser visible

Iluminacin de la pantalla LCDsi

6. Pirmetros

Un pirmetro, tambin llamado pirmetro ptico, es un dispositivo capaz de medir la temperatura de una sustancia sin necesidad de estar en contacto con ella. El trmino se suele aplicar a aquellos instrumentos capaces de medir temperaturas superiores a los 600 grados celsius. Una aplicacin tpica es la medida de la temperatura de metales incandescentes en molinos de acero o fundiciones.

Uno de los pirmetros ms comunes es el pirmetro de absorcin-emisin, que se utiliza para determinar la temperatura de gases a partir de la medicin de la radiacin emitida por una fuente de referencia calibrada, antes y despus de que esta radiacin haya pasado a travs del gas y haya sido parcialmente absorbida por ste. Ambas medidas se hacen en el mismo intervalo de las longitudes de onda.

Para medir la temperatura de un metal incandescente, se observa ste a travs del pirmetro, y se gira un anillo para ajustar la temperatura de un filamento incandescente proyectado en el campo de visin. Cuando el color del filamento es idntico al del metal, se puede leer la temperatura en una escala segn el ajuste del color del filamento.

5.1. Pirmetros de Radiacin

Hasta ahora se ha visto instrumentos que miden la temperatura por calentamiento directo el elemento medidor, los pirmetros de radiacin no necesitan estar en contacto intimo con el objeto caliente, el instrumento propiamente dicho es igual al potencimetro al balance continuo, pero en vez de termopar se usa una termopila. Este aparato utiliza la ley de Stephan Voltzmann de energa radiante lo cual establece que la superficie de un cuerpo es proporcional a la 4ta potencia de su temperatura absoluta:

QB=KT4

QB = Energa emitida por un cuerpo

T= Temperatura absoluta (K)

K= Constante de Stephan Voltzmann = 4.92x10 Kcal/m2

Aprovechando esta ley, se construyo un aparato que consta de una lente que recoge radiante y la conserva sobre una termopila colocada en el foco de la lente (cncava); generando as una fem. que es medida con un potencimetro de balance continuo.

Este tipo de aparatos es muy usual en hornos y en la industria metalrgica donde se mueven lingotes, placas o biletes a temperaturas elevadas la termopila es un grupo de pequeos termopares conectados en serie, cuyas juntas calientes son aplastadas y ennegrecidas, colocadas casi juntas en el centro de un disco como se muestra en la figura.

Para compensar los efectos de la variacin de temperatura en la termopila, se agrega una resistencia de nquel en paralelo a la salida la cual aumenta o disminuye la fem. producida, compensando dicha variacin.

5.2. Pirmetro Optico

Cuando la energa radiante es a la vez luminosa, como sucede con las flamas y los metales fundidos se utiliza un pirmetro ptico, cuyo principio se basa en la variacin de la resistencia de una fotocelda al variar la intensidad de la luz a la que esta expuesta.

Este instrumento tiene 2 Fotoceldas conectadas en un circuito electrnico y el galvanmetro es sustituido por un bulbo.

Una fotocelda es expuesta al cuerpo caliente y la otra a una fuente luminosa, normalmente una lampara de filamento de carbn. Al recibir la primera fotocelda el choque de la luz cambia su resistencia de acuerdo a la intensidad de dicha luz variando la corriente de placa del bulbo, Esto hace que aumente o disminuya la corriente de la lampara que ilumina la segunda fotocelda, llevndola inmediatamente en equilibrio con la fotocelda expuesta al objeto caliente.

Normalmente se usan filtros para disminuir los efectos de los gases o vapores interpuestos entre el objeto caliente y el instrumento.

Aprovechando esta ley, se construyo un aparato que consta de una lente que recoge radiante y la conserva sobre una termopila colocad en el foco de la lente; (cncava) generando as una fem. que es medida con un potencimetro de balance continuo.

Este tipo de aparatos es muy usual en hornos y en la industria metalrgica donde se mueven lingotes, placas o biletes a temperaturas elevadas, la termopila es un grupo de pequeos termopares conectados en serie, cuyo juntas calientes son aplastadas y ennegrecidas, colocadas casi juntas en el centro de un disco como se muestra en la siguiente figura.

Para compensar los efectos de la variacin de temperatura en la termopila, se agrega una resistencia de nquel en paralelo a la salida la cual aumenta o disminuye la fem. producida, compensando dicha variacin.

Resumen: Podemos resumir las caractersticas de estos instrumentos de medicin en la ste tabla:

Escalas de temperatura aplicables

Exactitud aproximada

Respuesta

Dispositivo

F

C

F

C

transitorios

Costo

Notas

Termmetro de liquido en vidrio

a. Alcohol

-90 a 150

-70 a 65

1

0.5

Mala

Bajo

Usados como termmetros baratos para temperaturas bajas.

b. Mercurio

-35 a 600

-40 a 300

0.5

0.25

Mala

Variable

Exactitud de 0.1F (0.05C que puede obtenerse con termmetros calibrados especialmente.

c. Mercurio lleno con gas

-35 a 1000

-40 a 550

0.5

0.25

Mala

Variable

Exactitud de 0.1F (0.05C que puede obtenerse con termmetros calibrados especialmente.

Termmetro de expansin de fluido

a. Liquido o gas

-150 a 1000

-100 a 550

2

1

Mala

Bajo

Ampliamente usados en las mediciones industriales de temperatura.

b. Presin de vapor

20 a 400

-4 a 200

2

1

Mala

Bajo

Cinta bimetlica

-100 a 1000

-70 a 550

0.5

0.25

Mala

Bajo

Ampliamente usados como dispositivos simples de medicin de temperatura

Termmetro de resistencia elctrica

-300 a 1800

-180 a 1000

0.005

0.0025

De regular a bueno

Caro

El mas exacto de todos los mtodos

Termistor

-100 a 500

-70 a 250

0.02

0.01

Muy bueno

Bajo

Util para los circuitos compensadores de temperatura; las cuentas termistores pueden obtenerse en tamaos muy pequeos.

Termopar

Cobre - Constantn

-300 a 650

-180 a 350

0.5

0.25

Buena

Bajo

Termopar

Hierro - Constantn

-300 a 1200

-180 a 650

0.5

0.25

Buena

Bajo

Superior en atmsferas reductoras

Termopar

Cromel - Alumel

-300 a 2200

-180 a 1200

0.5

0.25

Buena

Bajo

Resistente a la oxidacin a temperaturas altas

Termopar

Platino - Platino con 10% de sodio

0 a 3000

-15 a 1650

0.5

0.25

Buena

Alto

Salida baja; el mas resistente a la oxidacin a temperaturas altas

Pirmetro ptico

1200 ms

650 ms

20

10

Mala

Medio

Ampliamente usado en medicin de temperaturas en hornos industriales.

Pirmetros de radiacin

0 ms

-15 ms

0.5 C bajos alcances, 2.5 a 10C a alta

Buena

Medio a alto

Aplicaciones en aumento como resultado de los nuevos dispositivos de alta precisin que estn en continuo desarrollo

II.- SISTEMAS DE MEDICIN DE TEMPERATURA

a) Concepto:

Un sistema de medicin res qaquel que ultilizando diversos elementos convietew una variable fisica en una magnitud, deseada.

b) Elementos de un sistema de medicin:

c) Tipos: Se distinguen dos grandes grupos:

C.1.- SISTEMA DE MEDICION DE TEMPERATURA ANALOGICO

1. TERMOCUPLAS

1.1 Si se presenta un gradiente de temperatura en un conductor elctrico, el flujo de calor crear un movimiento de electrones y con ello se generar una fuerza electromotriz (FEM) en dicha regin. La magnitud y direccin de la FEM ser dependientes de la magnitud y direccin del gradiente de temperatura del material que conforma al conductor. Las termocuplas se basan para su funcionamiento en el efecto SEEBEK:

Calentado la juntura de dos materiales distintos que componen un circuito cerrado, se establece una corriente.

a) Principio de funcionamiento:

Las leyes principales que rigen su funcionamiento son:

1) Ley de Homogeneidad del circuito: No se puede obtener corriente calentando. un solo metal. (Efecto Thompson)

2) Ley de Metales Intermedios: La sumatoria de las diferencias de potencial trmicas es cero en un circuito con varios metales, si estos estn a temperatura uniforme.

En la figura siguiente ambos instrumentos marcarn igual, es decir la corriente circulante depender en ambos casos de T1 y T2 exclusivamente.

3) Ley de Temperaturas intermedias: La fuerza electromotriz trmica de una TMC no depende de las temperaturas -intermedias.

La tensin de una Termocupla cuyas junturas se hallan a temperaturas T y TR respectivamente es:

Se ve que a medida que (T - TR) crece la respuesta se hace no-lineal.

Es deseable entonces para que una TMC tenga un gran rango de medicin, que: a) K1 SEA lo mayor posible b) K2, K 3 - - - Kn SEAN lo menor posible c) el punto de fusin de sus metales componentes sea lo mayor posible. d) gran resistencia al ataque qumico.

1.2. Una termocupla consiste de un par de conductores de diferentes metales o aleaciones. Uno de los extremos, la junta de medicin, est colocado en el lugar donde se ha de medir la temperatura. Los dos conductores salen del rea de medicin y terminan en el otro extremo, la junta de referencia que se mantiene a temperatura constante. Se produce entonces una fuerza electromotriz (Fem.) que es funcin de la diferencia de temperatura entre las dos juntas (Fig. 1.a).

En una termocupula, dos materiales que tienen diferentes caractersticas FEM / temperatura, se combinan para producir voltaje de salida que puede ser cuantificado.

Existen varias reglas a recordar en el empleo de estos sistemas; son las siguientes:

a) Para asegurar una operacin estable y adecuada termocupula, las caractersticas termoelctricas de conductores deben mantenerse a todo lo largo de los mismos (uniformidad).

b) Slo un circuito comprimiendo o simplemente conectando materiales diferentes, en un gradiente de temperaturas producir una seal. Dos conductores de igual material no producirn FEM alguna.

c) La sensibilidad termoelctrica de la mayora de los metales no es lineal con la variacin de temperatura.

Puesto que la Fem. neta generada es funcin de las temperaturas de ambas juntas, se requiere el control o la compensacin de la temperatura de la junta de referencia (o junta fra), lo cual se puede lograr de tres maneras distintas.

El mtodo bsico y ms exacto es el de controlar la temperatura de la junta de referencia, normalmente colocando la junta en un bao de hielo (0C).

Otro mtodo consiste en medir la temperatura en la junta de referencia utilizando cualquier tipo de dispositivo de medicin de temperatura, y luego, en base a esa temperatura y a la salida elctrica de la junta de medicin compensar la lectura de la temperatura de la junta de medicin.

El segundo mtodo es una compensacin elctrica. que tambin implica la utilizacin de un dispositivo censor de temperatura para medir la temperatura de la junta de referencia; sin embargo, en lugar de calcular la compensacin a ser aplicada a la salida de la junta de medicin, el censor de temperatura de la junta de referencia se halla incorporado dentro del circuito elctrico de la termocupla, donde agrega o quita los milivolts necesarios en la junta de referencia a fin de corregir automticamente la salida de la termocupla (fig. -2-b).

(a) (b)

Figura 1 Esquema de una termocupla y su sistema de medicin

a) Termocupla

1. Junto de medicin

2. Junto de correccin

3. Cable compensado

4. Junto de referencia.

b) Sistema electrnico de compensacin de junta de referencia.

1. Termocupla -

2. Cable compensado

3. Compensador de mV

4. Fuente de tensin constante

Como se ver ms adelante, es de fundamental importancia la prolongacin de los alambres termopares, muchas veces hasta la junta de referencia que puede estar lejos de la junta de medicin y no siempre afectada por altas temperaturas como en el caso de los alambres de termocupla. Es all donde aparece el uso de los conocidos cables compensados.Su misin es nicamente la de trasladar la junta de referencia hasta un lugar adecuado (de temperatura estable o conocida) y luego utilizar, para compensar el error, cualquiera de los dos primeros sistemas de compensacin de junta fra mencionados.

En el caso del tercer sistema de compensacin (fig. 3), la finalidad del cable compensado es llevar el sistema de compensacin automtica hasta un lugar con temperaturas inferiores a 60 C, ya que todos estos sistemas son electrnicos y trabajan con temperaturas ambiente entre -10 C y 60 C .

Los cables compensados reproducen las misma curvas de respuesta y de tolerancia mV/C , que las termocuplas entre 0 y 200 C. Se las utiliza slo por razones econmicas ya que su composicin qumica difiere de las aleaciones de termocupla, buscndose entonces que los materiales sustitutivos sean ms econmicos que stos.

1.- Monitoreo distribuido de temperatura

Con medicin de temperatura por fibra ptica (en ingl. DTS para Distributed Temperature Sensing) se designa el empleo de aparatos optoelectrnicos para medir la temperatura, utilizando fibras de vidrio como sensores lineales.

Principios bsicos

Los sistemas de fibra ptica son adecuados no slo para la transmisin de informacin, sino tambin como sensores distribuidos localmente. Las magnitudes fsicas de medida como la temperatura o las fuerzas de compresin y de traccin pueden influir en las fibra de vidrio y modificar localmente las propiedades de los conductores de luz en la fibra. Como resultado de la atenuacin de la luz en las fibras de vidrio de cuarzo producida por la dispersin, se puede determinar el lugar de una influencia fsica externa, de manera que la gua de ondas de luz se puede utilizar como un sensor lineal.

El llamado efecto Raman (Chandrasekhara Raman) es especialmente apropiado para la medicin de la temperatura con guaondas de luz de vidrio de cuarzo. En el interior de la fibra de vidrio, la luz se dispersa en fluctuaciones de densidad microscpicas, que son menores que la longitud de onda. En la retrodispersin, junto al coeficiente de dispersin elstica (Dispersin de Rayleigh) en la misma longitud de onda que la luz incidente, tambin se encuentran componentes adicionales en otras longitudes de onda, que estn acoplados a la oscilacin molecular y, por tanto, a la temperatura local (Dispersin de Raman).

Procedimiento de medicin [editar]

El sistema de medicin de temperatura por fibra ptica se basa en un procedimiento de retrodispersin Raman por fibra ptica. El detector de calor (sensor de temperatura) propiamente dicho, es un cable guaondas fibroptico sensible al calor y a la radiacin. Por medio de un aparato de evaluacin (reflectmetro ptico Raman) se pueden determinar con resolucin espacial los valores de temperatura en la fibra de vidrio del cable guaondas. Las guaondas de luz tienen atenuaciones mnimas. La atenuacin mnima posible de las fibras de vidrio est limitada por la dispersin Reyleigh de la luz, causada por la estructura amorfa de la fibra de vidrio. Adems de la dispersin de Rayleigh, si se producen influencias trmicas en el material de fibra de vidrio se origina otra dispersin de la luz, la llamada dispersin de Raman. Los cambios de temperatura inducen vibraciones reticulares en la estructura molecular del vidrio de cuarzo. Si la luz incide en estas oscilaciones moleculares estimuladas trmicamente, se produce una interaccin entre las partculas de luz (fotones) y los electrones de la molcula. En el guaondas de luz tiene lugar la dispersin de luz dependiente de la temperatura (dispersin de Raman) que, a diferencia de la luz incidente, se desplaza espectralmente en una cantidad equivalente a la frecuencia de resonancia de la vibracin reticular.

En comparacin con la dispersin de Rayleigh, la dispersin de Raman posee un coeficiente de dispersin muy pequeo, prcticamente irrelevante, y no puede medirse con la tcnica clsica OTDR. La intensidad de la banda Anti-Stokes depende de la temperatura, mientras que la banda Stokes es prcticamente independiente de sta. La medicin de la temperatura local en un punto cualquiera de la gua de ondas, resulta de la proporcin de las intensidades de luz Anti-Stokes y Stokes. Una particularidad de esta tcnica de Raman, es la medicin directa de la temperatura con una escala Kelvin. Utilizando un procedimiento de retrodispersin ptico Raman, se puede medir la temperatura a lo largo de la fibra de vidrio como una funcin de lugar y de tiempo. El procedimiento de retrodispersin ms conocido es el sistema OTDR (OTDR: Optical Time Domain Reflectometry). ste trabaja segn un procedimiento de eco de impulsos, mediante el que el nivel y el lugar de dispersin se determinan a partir de la diferencia de tiempo de propagacin entre la emisin y la deteccin de los impulsos de luz. En comparacin con la luz dispersa de Rayleigh, en la medicin de luz dispersa de Raman existe una seal de retrodispersin ms pequea con un factor 1000. Un sensor de temperatura Raman distribuido localmente con la tcnica OTDR, por lo tanto, slo es factible con fuentes de lser pulsado (en lser de estado slido general) de alta potencia (caras) y con rpidas tcnicas de promediacin de seal igualmente caras. El sensor trmico Raman OFDR (OFDR, Optical Frequency Domain Reflectometry) desarrollado por la empresa LIOS Technology GmbH, no trabaja como la tcnica OTDR en un margen temporal, sino en una gama de frecuencias. El procedimiento OFDR proporciona informacin sobre el desarrollo trmico local, cuando la seal de dispersin detectada durante el tiempo de medicin completo se mide como una funcin de frecuencia de forma compleja (funcin compleja de transmisin) y, a continuacin, se somete a la transformada de Fourier. Las ventajas fundamentales de la tcnica OFDR son el modo prcticamente continuo del lser y la deteccin de banda estrecha de la seal ptica de retrodispersin, por lo que se alcanza una relacin seal-ruido notablemente ms alta que con la tcnica por impulsos. Esta ventaja tcnica posibilita la aplicacin de diodos de lser semiconductorizados econmicos y la utilizacin de mdulos electrnicos ms econmicos para la promediacin de seales. Frente a sta, se encuentra la medicin, tcnicamente difcil, de la luz dispersa de Raman (medicin compleja segn cantidad y fase) y un costoso procesado de seal mediante el clculo de la FFT, con exigencias ms elevadas de linealidad de los mdulos electrnicos.

Composicin del sistema

El sistema de medicin de temperatura mediante fibra ptica est compuesto por un aparato de evaluacin con generador de frecuencia, una fuente de lser, un mdulo ptico, una unidad de microprocesador y receptora, y de un cable guaondas (fibra de vidrio de cuarzo) como sensor trmico lineal. Segn el procedimiento OFDR, la intensidad del lser se modula senoidalmente dentro de un intervalo de tiempo medido y en la frecuencia. El valor de desplazamiento de frecuencia es una medida directa para la resolucin local del reflectmetro. La luz de lser modulada en frecuencia se acopla en la gua de ondas fibroptica. En toda la longitud de la fibra se origina la luz dispersa de Raman, que se irradia en todas direcciones. Una parte de la luz dispersa de Raman llega en sentido inverso al aparato de evaluacin. La luz retrodispersada se filtra espectralmente y se convierte en seales elctricas en los canales de medicin por medio de fotodetectores, se amplifica y se procesa electrnicamente. El microprocesador lleva a cabo el clculo de la transformada de Fourier. Como resultado temporal, se obtienen las curvas de retrodispersin de Raman como funcin de la longitud del cable. Las amplitudes de estas curvas de retrodispersin son proporcionales a la intensidad de la dispersin de Raman correspondiente. La temperatura de la fibra a lo largo del cable guaondas resulta de la proporcin de las curvas de retrodispersin. Las especificaciones tcnicas del sistema de medicin de temperatura Raman se pueden optimizar segn el uso al que est destinado, ajustando los parmetros de los aparatos (radio de accin, resolucin espacial, precisin de la temperatura, tiempo de medicin, etc.). El cable guaondas tambin puede ser adaptado, mediante variaciones en la estructura de la aplicacin correspondiente. La resistencia trmica del revestimiento de la fibra de vidrio limita el margen mximo de temperatura del cable guaondas. Las fibras estndar para la transmisin de informacin disponen de un revestimiento de un tipo de acrlico o endurecido por rayos ultravioleta y estn diseados para un margen de temperaturas de hasta unos 80C. Con revestimientos de polimida, por ejemplo, los mrgenes pueden fijarse hasta un mximo de 400C.

mbitos de aplicacin

Las aplicaciones tpicas de los sensores de temperatura lineales de fibra ptica son, por ejemplo, las relevantes para la seguridad como la deteccin de incendios en tneles de carretera, de ferrocarriles o de servicio, as como en almacenes, hangares de aeropuertos, tanques de cubierta flotante o almacenes temporales con carga radioactiva. Adems de la deteccin de incendios, estos sistemas se comercializan en otros mbitos de aplicacin industriales:

Control trmico de cables de energa elctrica y lneas areas para la optimizacin de los regmenes

Incremento de la eficiencia de pozos de gas y de petrleo

Garanta de estados de servicio seguros de hornos industriales de fusin por induccin

Control de la estanqueidad de contenedores de gas natural licuado en los barcos y terminales de carga

Deteccin de fugas en diques y presas

Control de la temperatura de procesos qumicos industriales

Deteccin de fugas en oleoductos y gasoductos

Especificaciones y propiedades

Caractersticas del sensor de fibra ptica

Pasivo e indiferente a la distancia, sin influencia del campo trmico

Pequeo volumen con poco peso, flexible y fcil de instalar

Instalacin tambin en lugares a los que no se podr volver a acceder posteriormente

Insensibilidad frente a interferencias electromagnticas

Sin arrastres de potencial, caminos cerrados a tierra, etc.

De aplicacin en instalaciones con peligro de explosin

Combinacin con tubitos de acero fino: mayor proteccin mecnica, se puede someter a altas presiones

Diferentes posibilidades de revestimiento, p. ej., con materiales sin halgenos y poco inflamables, sin problemas de corrosin

Caractersticas de potencia del sistema de medicin por fibra ptica

Medicin de temperatura directa en escala Kelvin

Medicin de temperatura distribuida localmente y referida a un tramo, superficie o volumen

Localizacin exacta de los puntos con sobrecalentamiento

Posibilidad de estructura redundante

Anlisis asistido por ordenador as como visualizacin (parametrizacin de zonas, valores umbral, funciones de aviso y alarma) y comunicacin de datos

Evaluacin de los cambios de temperatura temporales y locales

Gastos mnimos de mantenimiento: Autocomprobacin condicionada por el sistema

Parmetros tpicos de medida de los sistemas de medicin de temperatura por fibra ptica

(variable segn el mbito de aplicacin)

Alcance de la medicin: Variable, hasta 10 km

Resolucin espacial: Variable, de 3 m a 50 cm

Resolucin de temperatura: Variable, +/- de 2 C a 0,1 C

Tipo de fibras: GI 50/125 o GI 62,5/125 Fibra multimodo

Interruptor de fibra: Opcin de 8 canales por aparato

2.- Mediciones de temperatura por satlite

Los registros de RSS TMT (negro) y superficie (azul), en el perodo 1979-2004

Se han estado realizando mediciones de temperatura por satlite en la troposfera desde 1979. Los registros del globo usable (radiosonda) comenzaron en 1958.

Actualmente (a mayo de 2005) la tendencia en datos basados en los satlites de la versin de Mears et al es de +0,133 C/dcada [1] y en la versin 5.1 de Spencer y Christy es de +0,085 C/dcada [2] (el S+C ha experimentado recientemente una revisin no explicada, y la tendencia a mayo de 2005 ahora es de 0,12 C/dcada [3]). Algunos anlisis menos actualizados son Fu et al, con 0,2 C/dcada (de mayo de 2004) [4] y Vinnikov y Grody, con +0,22C a 0,26C por dcada (de octubre de 2003) [5], [6]. Esto puede compararse con el aumento del registro superficial de aproximadamente 0,06 C/dcada durante el ltimo siglo y 0,15 C/dcada desde 1979.

En el IPCC TAR seccin 2.2.4 [7] se puede encontrar una extensa comparacin y anlisis de las tendencias de las distintas fuentes de datos y perodos.

Las mediciones por satlite tienen la ventaja de que tienen una cobertura global, mientras que la medicin de la radiosonda es a lo largo. Ha habido varias contradicciones al comparar los datos provenientes de ambos sistemas. Los modelos climticos predicen que la troposfera se debera calentar ms rpido que la superficie, por lo que slo las versiones de Fu et al o Vinnikov y Grody de las mediciones por satlite son compatibles con esto y las mediciones de superficie.

La medicin de la temperatura por satlite

Desde 1979, Microwave Sounding Units (MSUs) sobre los satlites de la rbita polar de NOAA han medido la intensidad de la radiacin de microondas del oxgeno atmosfrico. La intensidad es proporcional a la temperatura de las extensas capas verticales de la atmsfera, como se ha demostrado mediante la teora y comparaciones directas con temperaturas atmosfricas y los perfiles de las radiosondas. La radiacin se mide a diferentes frecuencias; estas bandas de frecuencias distintas muestran una banda de carga distinta de la atmsfera [8]. El canal 2 representa ampliamente la troposfera.

Las mediciones han sido realizadas a partir de los datos recibidos de nueve MSUs diferentes, cada uno con sus peculiaridades (por ejemplo,, tiempo de vuelo de una nave espacial relativo al tiempo solar local) que deben ser calculados y eliminados porque pueden tener impactos sustanciales en la tendencia resultante [9] [10].

El proceso de medicin de una temperatura mediante el registro de la radiacin es difcil. La medicin ms conocida, de Roy Spencer y John Christy en la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH), est actualmente en la versin 5.1, que incorpora correcciones para rutas orbitales y otros factores [11]. La medicin es resultado de una sucesin de diferentes satlites, y los problemas con la intercalibracin entre los satlites son importantes, especialmente el NOAA-9 [12].

Durante un cierto tiempo la principal conclusin extrada a partir de los datos basados en los satlites de UAH es que parecan contradecir las predicciones IPCC de las Naciones Unidas sobre el calentamiento global. En abril de 2002, por ejemplo, su tendencia basada en los satlites de medicin de temperatura era de slo 0,04 C/dcada, comparada con los 0,17 +/- 0,06 C/dcada de las medidas superficiales; sin embargo, en los aos siguientes la tendencia de UAH se ha doblado, quedando ms acorde con otras tendencias.

Discusin sobre las mediciones de temperatura basadas en los satlites [editar]

A finales de los aos 1990 el desacuerdo entre la medicin de la temperatura superficial y las mediciones basadas en los satlites era un tema de investigacin y discusin. Se observaba la carencia de calentamiento hasta entonces considerada en las mediciones, por ejemplo [13]. Un informe realizado por el National Research Council que analizaba las tendencias al alza de la temperatura del aire indic:

Los datos recogidos por los satlites y los instrumentos transportados en globo desde 1979 indican poco sobre el calentamiento de la zona baja a media de la troposfera, la capa atmosfrica que se extiende hasta cerca de 5 millas de la superficie de la tierra. Los modelos climticos predicen generalmente que las temperaturas deben aumentar en la zona superior del aire as como en la superficie si las crecientes concentraciones de gases invernadero estn causando un calentamiento.

[14]

Sin embargo, el mismo informe concluy que

La tendencia de calentamiento que se aprecia en las mediciones de la temperatura superficial durante los ltimos 20 aos es sin lugar a dudas cierta y es sustancialmente mayor que el ndice medio de calentamiento durante el siglo XX. La disparidad entre las tendencias de la superficie y la de las capas superiores de aire de ninguna manera invalida la conclusin de que la temperatura superficial ha ido en aumento.

[15] [16]

Una crtica importante del informe basado en los satlites es su brevedad - aadiendo algunos aos al informe o escogiendo un marco de tiempo particular se pueden cambiar las tendencias considerablemente. Los problemas sobre la longitud del informe de MSU se demuestran con la tabla inferior, que muestra la tendencia global S+C MSU TLT (C/dcada) comenzando en enero de 1979 y acabando en diciembre del ao mostrado.

1992 -0,003

1993 -0,044

1994 -0,043

1995 -0,012

1996 -0,007

1997 0,0001

1998 0,0702

1999 0,0579

2000 0,0466

2001 0,0552

2002 0,0725

2003 0,0816

Nota: Estos resultados se han logrado utilizando el conjunto de datos v5.1, ahora obsoleto. Los nuevos datos no estn disponibles todava.

Adems, aunque comenzaron con los mismos datos, cada uno de los grupos de investigacin principales los ha interpretado con diversos resultados. Adems de las tendencias de UAH, Mears et al. calcularon 0,097 C/dcada desde 1979 a 2001 [17], mientras que Fu et al. calcularon para el mismo perodo un aumento aproximado del doble, o 0,2 C/dcada [18]. Un anlisis an ms reciente pero an polmico (Vinnikov y Grody, Science, 2003) calcula una tendencia de +0,22C a 0,26C por dcada [19]. Para poder solucionar estas diferencias, los grupos se reunieron en 2003 [20].

Medidas por satlite de la temperatura estratosfrica [editar]

Los satlites tambin miden la temperatura estratosfrica [21] y muestran una disminucin en las temperaturas estratosfricas, entremezcladas por el "ruido" de erupciones volcnicas. Esto es lo que se espera de la teora del calentamiento global: la troposfera se debera calentar, mientras que la estratosfera debera enfriarse. Sin embargo, este imagen sencilla se complica por la disminucin del ozono, que tambin provoca un enfriamiento de la estratsfera.

Globos meteorolgicos (radiosondas) [editar]

Los mayores conjuntos de datos de temperatura del aire superior se han recogido de instrumentos elevados por globos (radiosondas). Los cambios en la instrumentacin del globo y el procesamiento de datos ha ido mejorando con el paso de los aos, a pesar del resultado de las discontinuidades en estas mediciones de temperatura [22]. El conjunto de datos de la radiosonda se convierte en usable global sobre 1958 [23].

2.- SISTEMAS DE MEDICION VIRTUAL.

1.1. Instrumentacin virtual

Hace referencial al uso del computador personal (PC) como "instrumento" de medicin de seales tales como temperatura, presin, caudal, etc.

Es decir, el PC comienza a ser utilizado para realizar mediciones de fenmenos fsicos representados en seales de corriente (Ej. 4-20mA) y/o voltaje (Ej. (0-5Vdc).

La "instrumentacin virtual" va ms all de la simple medicin de corriente o voltaje, sino que tambin involucra el procesamiento, anlisis, almacenamiento, distribucin y despliegue de los datos e informacin relacionados con la medicin de una o varias seales especficas. Es decir, el instrumento virtual no se conforma con la adquisicin de la seal, sino que tambin involucra la interfaz hombre-mquina, las funciones de anlisis y procesamiento de seales, las rutinas de almacenamiento de datos y la comunicacin con otros equipos.

El trmino "virtual" nace precisamente a partir del hecho de que cuando se utiliza el PC como "instrumento" es el usuario mismo quin, a travs del software, define su funcionalidad y "apariencia" y por ello decimos que "virtualizamos" el instrumento, ya que su funcionalidad puede ser definida una y otra vez por el usuario y no por el fabricante.El instrumento virtual es definido entonces como una capa de software y hardware que se le agrega a un PC en tal forma que permite a los usuarios interactuar con la computadora como si estuviesen utilizando su propio instrumento electrnico "hecho a la medida".1.1.2. CONSTRUCCON DE un instrumento virtual

Para construir un instrumento virtual, slo requerimos de

1. un PC,

2. una tarjeta de adquisicin de datos con acondicionamiento de seales (PCMCIA, ISA, XT, PCI, etc.)

3. y el software apropiado,

1.-

Los tres (3) elementos clave en la conformacin de un instrumento virtual, teniendo un chasis de acondicionamiento de seales como elemento opcional. Decimos que el "acondicionamiento de seales" es opcional, porque dependiendo de cada seal y/o aplicacin, se puede o no requerir amplificacin, atenuacin, filtraje, aislamiento, etc. de cada seal. Si la seal est en el rango de los +/- 5Vdc y no se requiere de aislamiento o filtraje, la misma puede ser conectada directamente la tarjeta de adquisicin de datos. En el instrumento virtual, el software es la clave del sistema, a diferencia del instrumento tradicional, donde la clave es el hardware. Con el sistema indicado anteriormente, podramos construir un osciloscopio "personalizado", con la interfaz grfica que uno desee, agregndole inclusive ms funcionalidad. Sin embargo, este mismo sistema puede tambin ser utilizado en la medicin de temperatura, o en el control de arranque/parada de una bomba centrfuga. Es all donde radica uno de los principales beneficios del instrumento virtual, su flexibilidad. Este instrumento virtual no slo me permite visualizar la onda, sino que a la vez me permite graficar su espectro de potencia en forma simultnea.

ejemplo:

SISTEMA VIRTUAL DE MEDICION DE TEMPERATURA

RESULTADOS EXPERIMENTALES

El sistema de caracterizacin de resistividad en funcin de la temperatura ha sido utilizado

exitosamente en el desarrollo de trabajos de tesis, en particular para el estudio de mecanismos

de transporte elctrico de pelculas delgadas de CuInSe2 (CIS) fabricadas en nuestro

laboratorio, obteniendo resultados concordantes con los reportados en revistas de circulacin

internacional [2,3]. En la Fig.4 se observa una curva tpica de vs T para una muestra de

CuInSe2 realizada a travs de instrumentacin virtual.

Fig.4: Resistividad en funcin de la temperatura correspondiente a una pelcula delgada de CuInSe2

3. DIFERENCIAS ENTRE UN INSTRUMENTO ANLOGICO Y VIRTUAL

la siguiente tabla (Tabla 1) nos indica algunas de las principales diferencias entre el instrumento convencional o tradicional, y el instrumento virtual:

Tabla 1: Instrumentos Tradicionales vs. Virtuales

Instrumento Tradicional

Instrumento Virtual

Definido por el fabricante

Definido por el usuario

Funcionalidad especfica, con conectividad limitada.

Funcionalidad ilimitada, orientado a aplicaciones, conectividad amplia.

Hardware es la clave.

Software es la clave

Alto costo/funcin

Bajo costo/funcin, variedad de funciones, reusable.

Arquitectura "cerrada"

Arquitectura "abierta".

Lenta incorporacin de nuevas tecnologa.

Rpida incorporacin de nuevas tecnologas, gracias a la plataforma PC.

Bajas economas de escala, alto costo de mantenimiento.

Altas economas de escala, bajos costos de mantenimiento.

Beneficios:

La flexibilidad, el bajo costo de mantenimiento, la reusabilidad, la personalizacin de cada instrumento, la rpida incorporacin de nuevas tecnologas, el bajo costo por funcin, el bajo costo por canal, etc. son algunos de los beneficios que ofrece la instrumentacin virtual.Conclusiones

Un instrumento virtual puede realizar las tres (3) funciones bsicas de un instrumento convencional: adquisicin, anlisis y presentacin de datos

El instrumento virtual me permite personalizar el instrumento, y agregarle mucha ms funcionalidad sin incurrir en costos adicionales.

EXPOSICION:

PGS:

Jorge: 1-10

Jaimito: 11-20

Araceli: 21-30

Seminario :31-40

Estudien `para su exposicin, y en sus diapositivas conceptos equeos llevenlos en disketes no se olviden,,preparenseCONFIO EN UDS

Las conclusiones las elaboro yo