Sonda de temperatura con cabezal y transmisor de temperatura
La temperatura es una de las variables de mayor importancia en los procesos industriales y para asegurar una medición efectiva y fiable se utilizan a menudo sondas de temperatura. Las sondas de temperatura miden la temperatura y convierten los valores de medición en señales eléctricas. Actualmente se pueden encontrar en el mercado dos versiones; los termopares y las termorresistencias.
Una termorresistencia (RTD por sus siglas en inglés) mide la temperatura mediante una oscilación de la resistencia en función de la variación de la temperatura. La mayoría de las termorresistencias funcionan con sensores de platino tipo Pt100. Una temperatura de 0ºC corresponde a una resistencia de 100 ohmios. Las características de estos sensores están establecidas en la IEC 60751.
Un termopar consiste en dos metales diferentes, unidos en un extremo. La variación de la temperatura produce una tensión en la misma proporción (efecto Seebeck), que se utiliza para la indicación de la temperatura.
Exactitud y temperatura del medio
Las termorresistenicas ofrecen una elevada precisión y una excelente estabilidad a largo plazo. Así pues, la desviación de los sensores de la clase AA a 0,10 °C se sitúa en + 0,0017|t|. No obstante, las temperaturas de aplicación se limitan a rangos entre -200 °C y 600 °C.
Al otro lado, los termopares ofrecen una estabilidad a largo plazo notablemente inferior pero en cambio alcanzan rangos de temperaturas de hasta 1700 °C. Algunos termopares, como wolframio-renio, oro-platino o platino-paladio son apropiados incluso para valores muy superiores.
Dimensiones constructivas y resistencia a la vibración
Las termorresistencias tienen un diámetro mayor que los termopares debido al tamaño del sensor. Las dimensiones mínimas en equipos de medición de temperatura de Wika, p. ej., se sitúan en torno a 2,0 mm o a 0,5 mm.
Los termopares, a su vez, son especialmente insensibles a vibraciones debido a la sencillez de su construcción. En cambio las termorresistencias están diseñados para una carga de 6 g (g = 9,81 m/s2) en el extremo del sensor. Mediante construcciones especiales, se puede alcanzar hasta 60g.
Condiciones de uso y de montaje
Otro factor decisivo de selección es el tamaño del sensor. Cada vez más se exigen instrumentos de dimensiones mínimas como por ejemplo el TR34 de Wika que permite la aplicación de un transmisor con salida de 4 … 20 mm pese a su diámetro de tan sólo 19 mm y una altura máxima de 68 mm.
En aplicaciones de difícil acceso, la conexión del cable de unión puede presentar dificultades. Las construcciones habituales con cabezal están equipados con prensaestopas para proteger el equipo contra polvo y agua. Con sondas de temperatura en miniatura de Wika, por ejemplo, la toma de contacto eléctrica se simplifica con un enchufe M12. Para equipos o unidades pequeños y autónomos sin conexión de los sensores de temperatura a una sala de control se recomiendan versiones con una pantalla de lectura in situ. Algunso procesos no permiten una medición invasiva de la temperatura, por ejemplo en procedimientos estériles, donde las tuberías se limpian con un dispositivos móviles especiales (rascadores). Para estas aplicaciones existen termómetros tipo in-line para realizar una medición de temperatura higiénica sin puntos muertos. El casquillo cilíndrico actúa como un termopozo y se adapta a la tubería.
Para montar puntos de medición en instalaciones que ya funcionan, el usuario puede utilizar termómetros de superficie con sujeción con abrazaderas o soldadura. Dado que el punto de medición se encuentra en la pared exterior del tubo el instrumento emite sólo valores aproximados de la temperatura real del proceso.
Tiempo de respuesta ante cambios bruscos de temperatura
Termopozo en diseño Scrutonwell
El valor marcado en muchas sondas indica 90 % o t90 que significa la duración necesaria para alcanzar el 90 % del valor estable tras un cambio brusco de temperatura. El tiempo de respuesta depende de varios factores. Los termopozos que se aplican para proteger los elementos sensibles del equipo pueden ralentizar considerablemente el tiempo de respuesta. Sin embargo, en determinados condiciones de uso el usuario puede optimizar el tiempo de respuesta mediante adaptaciones constructivas.
En aplicaciones con velocidades de caudal bajas se recomiendan tubos de protección con estrechamiento en la punta (según DIN 43772, formulario 3). Otras opciones son el uso de sensores sensibles al suelo, o de sensores incorporados en la pared del termopozo, separados del proceso únicamente por una membrana fina. Mayores dificultades presenta la mejora del tiempo de respuesta térmico en procesos de caudal elevado. En este caso se contempla una reducción de la profundidad de montaje, para limitar así la incidencia de la fuerza sobre el termopozo.
No obstante, esta reducción de la longitud de inserción puede suponer que la punta de medición no sobresalga lo suficiente en el proceso. Un compromiso entre solidez y tiempo de respuesta breve constituyen los tubos de protección con un eje helicoidal, como el diseño Scrutonwell de Wika. Con la espiral se reduce las vibraciones, y se previene una rotura del tubo de protección.
Efectos ambientales
La medición puede ser condicionado por efectos térmicos desde el exterior, o por resistencias no compensadas del conductor. Además, los campos electromagnéticos pueden alterar la señal de medición, falseando así el valor de medición de la temperatura. Si se aplica la sonda en condiciones extremas se necesitará una monitorización aún más intensa. El usuario deberá ocuparse de la idoneidad de la construcción y de los materiales de construcción utilizados. En determinados usos el equipo deberá disponer de las autorizaciones correspondientes, por ejemplo en zonas clasificadas o en procesos estériles.
Debido a los equipos electrónicos y componentes no metálicos montados, la temperatura de funcionamiento máxima se sitúa normalmente en unos valores máximos entre +85 °C o +105 °C. En el extremo opuesto de la escala son alcanzamos los -40 °C. Para aplicaciones «árticas» Wika ha desarrollado y homologado también versiones de los equipos con un límite de -60 °C.
Además, un termómetro deberá estar protegido contra cuerpos sólidos y agua. La protección máxima del dispositivo se expresa según IEC 60529 con la clase de protección IP. El primer índice muestra la protección frente a cuerpos extraños o polvo, el segundo la protección frente al agua. Las sondas con cabezal cumplen, según su versión, las normas IP65 e IP68.
Certificados y barreras de entrada al mercado
Para asegurar la selección adecuada del equipo de medición el usuario debe considerar de antemano las posibles homologaciones necesarias para una posterior ubicación de uso. Las empresas en el mercado internacional necesitan productos con la certificación correspondiente a nivel mundial, sobre todo referente a aplicaciones en áreas clasificadas.
Homologaciones internacionales permiten el uso de sondas de temperatura a nivel mundial.
Procesamiento de la señal, comunicación, calibración
Durante décadas la señal de medición se ha transmitido por cable a la sala de control para su procesamiento. En esta forma de transmisión la precisión de la medición puede estar sujeta a influencias del exterior.
Actualmente la señal de medición analógica se transforma ya in situ, mediante un un transmisor en el cabezal en una señal industrial normalizada. Con elementos electrónicos digitales se puede mejorar también la capacidad funcional. Así el equipo de medición se puede configurar íntegramente desde la sala de control, a través de un software. Los señales habituales de 4…20mA pueden suplementarse con protocolo de comunicación HART y diferentes buses de campo.
Para garantizar la calidad del proceso se deberá comprobar periódicamente la exactitud. Esta calibración requiere a menudo un desmontaje completo del equipo. En puntos de medición con tubo de protección el proceso se mantiene cerrado después de la retirada del sensor. En el funcionamiento continuo, sin embargo, la calibración puede provocar una interrupción de la medición. Para mantener la continuidad se puede realizar una calibración in situ. Una sonda preparada para ello incluye, en paralelo con el sensor instalado, un canal para la inserción del patrón de calibración.
Vea también el siguiente vídeo para saber más sobre las diferencias entre un sensor de resistencia Pt100 y un Pt1000: