¿Cómo funcionan los termómetros industriales?

Cada medición de temperatura sigue la ley del equilibrio térmico: el objeto a medir, el termómetro y las condiciones ambientales se mueven hacia un estado en el cual se igualan las temperaturas. Una vez alcanzada el nivel en que las temperaturas se igualan, o sea el equilibrio térmico, se suspende el flujo de calor. Según este principio, el termómetro industrial detecta el calor del objeto a medir y se adapta a su temperatura. En los termómetros mecánicos, este proceso se se refleja en la expansión de un sólido (bimetálico), un líquido termométrico o un gas. La expansión de este material representa la variación de la temperatura que se puede visualizar mediante un movimiento de la aguja. 

Este proceso correspondería a la medición ideal de la temperatura si el entorno pudiera excluirse completamente como variable de perturbación. Sin embargo, dado que esto es imposible según las leyes térmicas, se deben tener en cuenta tres factores de influencia para cada tarea de medición de temperatura:

¿Cómo seleccionar el termómetro industrial adecuado?

En aplicaciones industriales se utilizan habitualmente tres variaciones de termómetros. Termómetros bimetálicos, termómetros de tensión y termómetros de dilatación de gas. Los termómetros bimetálicos son óptimos para mediciones sencillas con visualización in situ, por ejemplo, en aplicaciones HVAC, tuberías, calderas o depósitos de agua caliente. El elemento sensible consiste en espirales helicoidales de dos cintas metálicas de diferente aleación y por lo tanto de diferentes coeficientes térmicos de dilatación. La variación de temperatura provoca una deformación del espiral provocando un movimiento giratoria que se transmite a una aguja indicadora sobre una esfera. 

El termómetro industrial de expansión de líquido o de gas se transmite la expansión térmica a un mecanismo, que traduce esta variación igualmente en un movimiento giratoria de una aguja para su visualización. Cómo medio térmico se utiliza por ejemplo aceite de silicona o un gas inerte, por ejemplo nitrógeno o helio. 

Termómetro industrial: bimetálico vs termómetro de dilatación de gas 

Ambos versiones son óptimos para aplicaciones que requieren ubicaciones diferentes de medición y de indicación como depósitos industriales, compresores o en instalaciones de calefacción. En tal caso se aplican capilares para conectar el lugar de medición y la pantalla de visualización. Ambos termómetros pueden equiparse con contactos eléctricos o con una señal de salida eléctrica para asumir tareas de control o regulación.

Los criterios importantes para la selección de un termómetro industrial mecánico son el rango de visualización y el tiempo de reacción. El termómetro bimetálico cubre un rango de medición entre -100 y +600°C desde, el termómetro de tensión es apto para rangos desde -50 hasta 400°C y el termómetro industrial de dilatación de gas ofrece rangos entre -200 y 700 ºC.

Vídeo: ¿Cuál es la diferencia entre un termómetro bimetálico y un termómetro de dilatación de gas?

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En estos rangos de medición los termómetros cumplen los requisitos de los clases de exactitud de las norma EN 13190. El tiempo de respuesta depende del medio térmico, del rango y del caudal del medio de medición. Medios térmicos líquidos reaccionan más rápido que medios gaseosos. Los termómetros de dilatación de líquidos (también termómetros de tensión) necesitan entre 10 a 20 segundos (agua), 30 a 50 segundos (aceite) y 90 a 110 segundos (aire). Los termómetros de dilatación de gas son más rápidos en indicar la temperatura actual.  

¿Cómo seleccionar el lugar correcto de medición de temperatura?

Vigilar accesibilidad. Termómetro bimetálico en sistema de calefacción.

El primer requisito para cualquier punto de medición es su buena accesibilidad. Los puntos de medición invasivos deben instalarse siempre en las partes de la tubería con un caudal elevado para maximizar la transmisión de calor al sensor. La longitud de inserción necesaria depende del rango de medición y del diámetro del tubo.

El bulbo debe penetrar el medio con una longitud minima de dos tercios para asegurar una expansión adecuada del medio térmico o una deformación idónea del bimetal y para minimizar la disipación del calor. La instalación a contracorriente del medio de medición favorece la transmisión de calor. 

En aplicaciones con condiciones adversas, como elevadas presiones, altas temperaturas o medios agresivos, recomendamos la instalación de un termopozo (vaina) que permite, además un fácil recambio del instrumento sin abrir el proceso. 

Los termopozos deben resistir las condiciones adveras y simultáneamente garantizar la transmisión de la temperatura del proceso al instrumento. La mejor protección, sin embargo, va en detrimento de la rapidez de reacción. Por eso el grosor de la pared de la vaina debe minimizar el retardo de la transmisión de calor.  

Numerosas aplicaciones requieren métodos no invasivos que miden la temperatura con sensores instalados sobre el tubo. Para su fijación se suelda una funda de inserción, adaptada a la geometria del tubo, para acoplar el termopozo de dimensiones normalizadas. El entrehierro que se forma inevitablemente provoca la disipación de calor y, por lo tanto, reduce la exactitud de la medición. Desafortunadamente no se puede eliminar este efecto del todo ni con la ayuda de un pasta conductora térmica. 

Los efectos ambientales sobre la medición de la temperatura con termómetros mecánicos

La exactitud de un termómetro industrial mecánico se detalla en la normativa EN 13190 partiendo de una temperatura ambiental de 23 ºC. Estas condiciones, sin embargo, no se encuentran casi nunca en la práctica y mucho menos de manera constante. Puesto que toda fuente de calor o frío en las proximidades de un punto de medición afecta a la exactitud de la medición de la temperatura se debe minimizar su influencia en la medida de lo posible. Por lo tanto todos los puntos de medición deben estar adecuadamente aislados con espuma de poliuretano o un material comparable, independientemente del tipo de termómetro montado sobre la superficie.

Los termómetros bimetálicos no requieren protecciones suplementarias ya que su sensor está sumergido en el medio y no se ve afectado por influencias del entorno. Los elementos sensibles de termómetros de dilatación de gas o líquido, sin embargo, están expuestos a la temperatura ambiente que puede distorsionar el resultado de medición.  Los errores de medición pueden llegar a 0,1% (termómetros de dilatación de líquido) o 0,05% (termómetros de dilatación de gas) del valor final de la escala y con la longitud del capilar aumenta al susceptibilidad del termómetro industrial. 

Para minimizar o eliminar los errores de medición, los operadores de la instalación industrial pueden crear un ambiente idóneo, en la medida de lo posible, y diseñar un conjunto de instrumentación adaptado. Otra alternativa de eliminar perturbaciones consiste en la compensación de la temperatura ambiental mediante la instalación de una cinta bimetálica que atenua el comportamiento del resorte. 

Debido a los diferentes factores de influencia, la medición de la temperatura con termómetros mecánicos se debe prestar mucha atención a la aplicación correcta ya en la fase de planificación para descartar errores. 

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«Instrumentación industrial de movimiento amortiguado: Manómetros y termómetros bimetálicos»
«Termómetros de dilatación de líquido como alternativa económica al termómetro de dilatación de gas»

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