1. INDICADORES LOCALES DE TEMPERATURA
1.1. Termómetro Bimetálico
1.2. Termómetro de Expansión de Bulbo
1.3. Indicadores Locales Digitales
2. TRANSMISORES DE TEMPERATURA
2.1. Sensor y Transmisor
2.2. Señal de un Transmisor
2.3. Transmisor en Cabeza o Remoto
2.4. PT100 y Termopares
2.4.1. PT100
2.4.2. Termopares
3. SWITCHES DE TEMPERATURA
3.1. Switch Bimetálico
3.2. RTD (NTC, PTC)
3.3. Contactos del Switch
3.3. Contactos del Switch
4. MONTAJE DE LOS INSTRUMENTOS DE TEMPERATURA
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Vamos a hacer una división en tres grupos:
1º- Indicadores locales
2º - Transmisores de temperatura
3º - Switches de temperatura
1. INDICADORES LOCALES DE TEMPERATURA
Un indicador de temperatura es un instrumento de medida, en el que una aguja señala sobre una escala la temperatura del fluido.
1.1. Termómetro Bimetálico
El indicador de temperatura más usado es el termómetro bimetálico. Este equipo consta de un elemento sensible a la temperatura, alojado en un tubo metálico.
Los cambios de temperatura hacen que el extremo libre de la hélice gire, accionando el indicador.
El indicador de temperatura más usado es el termómetro bimetálico. Este equipo consta de un elemento sensible a la temperatura, alojado en un tubo metálico.
Los cambios de temperatura hacen que el extremo libre de la hélice gire, accionando el indicador.
La hélice del termómetro bimetálico consta de de dos capas de metal de distintos materiales. Estos materiales tienen distintos coeficientes de dilatación por lo que al aumentar la temperatura, uno se dilata más que otro, lo que hace que el muelle se deforme.
1.2. Termómetro de Expansión de Bulbo
Los termómetros de expansión, en lugar de una hélice bimetálica, están rellenos de un fluido que se expande al aumentar la temperatura, provocando la rotación la aguja indicadora.
La dilatación de un fluido para medir la temperatura es el mismo principio que usan los viejos termómetros de mercurio.
Los termómetros de bulbo tiene la ventaja que se puede instalar con capilar, lo cual permite llevar el indicador a zonas más visibles.
1.3. Indicadores Locales Digitales
También se pueden encontrar indicadores locales electrónicos (con baterías) que permiten alejar la indicación del punto de medida.
El elemento de medida al que se conecta el indicador puede ser un termistor (resistencia variable con la temperatura.
También se pueden encontrar indicadores locales electrónicos (con baterías) que permiten alejar la indicación del punto de medida.
2. TRANSMISORES DE TEMPERATURA
Llamamos transmisores a los equipos que envían el valor medido (señal analógica) a algún controlador.
Esto permitirá saber al sistema de control que temperatura hay en un punto determinado del proceso.
2.1. Sensor y Transmisor
Aunque todo el conjunto se denomine comúnmente transmisor, realmente se debe distinguir entre el sensor y el transmisor.
El sensor reacciona ante la variable medida (en este caso la temperatura), y envía eléctricamente dicha variación al transmisor.
El transmisor interpreta la señal recibida por el sensor y envía la información de una forma más estandarizada al equipo final que va a procesar la información (por ejemplo un PLC).
2.2. Señal de un Transmisor
Hay varios métodos en los que se puede enviar las señal desde los transmisores al sistema de control: un valor de corriente, un valor de tensión, información enmascarada en algún protocolo de comunicaciones etc…
Uno de los metodos más usados y más robustos, es enviar desde el transmisor una señal que puede estar entre 4 a 20 mili-amperios.
Nota: Si por ejemplo el rango configurado en el transmisor es de 10ºC a 110ºC, quiere decir que cuando el transmisor envíe 4 mili-amperios es porque la temperatura medida es 10ºC y cuando el transmisor esté enviando 20 mili-amperios será porque esté midiendo 110ºC (con esta misma configuración cuando la temperatura se 60ºC la corriente sería 12 mili-amperios).
Si en lugar de "4" mili-amperios, el sensor envía “0” mili-amperios el sistema de control podrá interpretar que hay un problema en la medida.
Es muy habitual que además de especificar los trasmisores de 4-20mA se requiren con HART incorporado."Pulsa aquí" Si quieres saber mas sobre comunicación HART
Otra posibilidad es no tener que instalar transmisor, en algunas ocasiones la tarjeta instaladas en el sistema de control (PLC o DCS) es capace de interpretar directamente la señal generada.
Por otro lado, en algunas ocasiones se puede requerir el transmisor con indicación, tal como se muestra en el siguiente dibujo.
2.4. PT100 y Termopares
En la mayoría de los casos, los transmisores de temperatura se conectan a dos tipos de sensores.
- PT100 ( Termoresistencias)
- Termopares
2.4.1. PT100
Una PT100 es un termoresistencia.
Esto quiere decir que es un sensor cuya resistencia al paso de la corriente eléctrica varía en función de la temperatura (siguiendo una gráfica bastante lineal).
Está fabricada de platino y presenta una resistencia de 100 ohmnios cuando está a una temperatura de 0ºC
Las PT100 suele ser una buena opción cuando nuestro rango de medida se encuentre -200ºC o 400ºC
Esto permitirá saber al sistema de control que temperatura hay en un punto determinado del proceso.
2.1. Sensor y Transmisor
Aunque todo el conjunto se denomine comúnmente transmisor, realmente se debe distinguir entre el sensor y el transmisor.
El sensor reacciona ante la variable medida (en este caso la temperatura), y envía eléctricamente dicha variación al transmisor.
El transmisor interpreta la señal recibida por el sensor y envía la información de una forma más estandarizada al equipo final que va a procesar la información (por ejemplo un PLC).
2.2. Señal de un Transmisor
Hay varios métodos en los que se puede enviar las señal desde los transmisores al sistema de control: un valor de corriente, un valor de tensión, información enmascarada en algún protocolo de comunicaciones etc…
Uno de los metodos más usados y más robustos, es enviar desde el transmisor una señal que puede estar entre 4 a 20 mili-amperios.
Nota: Si por ejemplo el rango configurado en el transmisor es de 10ºC a 110ºC, quiere decir que cuando el transmisor envíe 4 mili-amperios es porque la temperatura medida es 10ºC y cuando el transmisor esté enviando 20 mili-amperios será porque esté midiendo 110ºC (con esta misma configuración cuando la temperatura se 60ºC la corriente sería 12 mili-amperios).
Si en lugar de "4" mili-amperios, el sensor envía “0” mili-amperios el sistema de control podrá interpretar que hay un problema en la medida.
Es muy habitual que además de especificar los trasmisores de 4-20mA se requiren con HART incorporado."Pulsa aquí" Si quieres saber mas sobre comunicación HART
2.3. Transmisor en Cabeza o Remoto
Hay dos métodos de instalar los transmisores en cabeza o remotos.
En el ejemplo de la izquierda del dibujo, el transmisor se instala en cabeza. Esta configuración permite minimizar la distancia entre el sensor y el transmisor, transformando rápidamente la señal medida por el sensor a una señal mucho más robusta enviada por el transmisor.
La señal del sensor es muy sensible a errores producidos por la naturaleza del cable o por la inducción electromagnética de otros cables. Por ello la distancia de este cable para los casos en los que se instale el transmisor remoto es bastante limitada.
Otra posibilidad es no tener que instalar transmisor, en algunas ocasiones la tarjeta instaladas en el sistema de control (PLC o DCS) es capace de interpretar directamente la señal generada.
Por otro lado, en algunas ocasiones se puede requerir el transmisor con indicación, tal como se muestra en el siguiente dibujo.
En la mayoría de los casos, los transmisores de temperatura se conectan a dos tipos de sensores.
- PT100 ( Termoresistencias)
- Termopares
2.4.1. PT100
Una PT100 es un termoresistencia.
Está fabricada de platino y presenta una resistencia de 100 ohmnios cuando está a una temperatura de 0ºC
Las PT100 suele ser una buena opción cuando nuestro rango de medida se encuentre -200ºC o 400ºC
Nota: En el caso del dibujo anterior el instrumento consta de doble PT100. Esto es muy común cuando se requiere una como SPARE.
La PT100 se puede cablear a 2, 3 o 4 hilos. Cablear a 3 o 4 hilos permitirá evitar el error introducido por la propia resistencia del cable (usando un puente de Wheatstone).
La PT100 se puede cablear a 2, 3 o 4 hilos. Cablear a 3 o 4 hilos permitirá evitar el error introducido por la propia resistencia del cable (usando un puente de Wheatstone).
2.4.2. Termopares
Los termopares es una unión soldada de dos metales que generan un valor de tensión en función de la diferencia de temperatura entre dos puntos.
Al generar un valor de tensión en función de la diferencia de temperatura entre dos puntos, para medir correctamente, se necesita saber la temperatura en el punto donde se interpreta la medida (en el transmisor) esto se llama medida del lado frío.
Los transmisores de temperatura de termopares, tienen una termoresistencia en el propio transmisor para poder hacer la compensación del lado frío.
Hay muchos tipos de termopares son: B, E, J, K, N, R, S, T. Lo más usados son los tipo K.
Los termopares es una unión soldada de dos metales que generan un valor de tensión en función de la diferencia de temperatura entre dos puntos.
Al generar un valor de tensión en función de la diferencia de temperatura entre dos puntos, para medir correctamente, se necesita saber la temperatura en el punto donde se interpreta la medida (en el transmisor) esto se llama medida del lado frío.
Nota: En la mayoría de las aplicaciones se podrán utilizar indistintamente termoresistencias o termopares. Dependerá principalmente de la preferencia del cliente.
Eléctricamente un termopar obedece al siguiente esquema:
Nota: En base al esquema anterior se podrían poner varios transmisores en paralelo a un solo termopar y cada uno compensaría con sus juntas frías sin que uno afecte a la medida del otro. De esta forma con un solo termopar podríamos enviar la señal medida a dos puntos. No obstante esto es sólo una curiosidad, no debería hacerse si se puede evitar.
Tipos de uniones de termopares:
Además de lo expuesto hasta ahora, se pueden especificar 3 tipos distintos de diseños de termopares:
-Aislado, con menor velocidad del respuesta.
-A tierra, más rápido que el anterior.
-Expuesto, el que más velocidad de respuesta tendrá.
Nota: Si tienen continuidad eléctrica con el termopozo estaría tocándolo directamente y permitirá que la medida sea más rápida. Como contrapartida, el termopozo podría actuar como cátodo y en algunos líquidos corrosivos podría provocar un deterioro acelerada.
Nota: Si tienen continuidad eléctrica con el termopozo estaría tocándolo directamente y permitirá que la medida sea más rápida. Como contrapartida, el termopozo podría actuar como cátodo y en algunos líquidos corrosivos podría provocar un deterioro acelerada.
En el caso de los termopares si el transmisor no se instala en cabeza, se requerirá utilizar un cable especial.
El cable utilizado entre el sensor y transmisor puede ser de dos tipos:
- Cable de Extensión
- Cable de Compensación
El cable de extensión tiene los mismos materiales que el termopar y permitirá una medida con menos error, pero son más caros.
El cable de compensación tiene materiales con propiedades eléctricas similares.
El cable utilizado entre el sensor y transmisor puede ser de dos tipos:
- Cable de Extensión
- Cable de Compensación
El cable de extensión tiene los mismos materiales que el termopar y permitirá una medida con menos error, pero son más caros.
El cable de compensación tiene materiales con propiedades eléctricas similares.
Nota: La distancia máxima para un cable de extensión o compensación depende de varios factores sin embargo, no se recomiendan extensiones de más de 30 metros.
Entre el transmisor del termopar o de la PT100 y el sistema de control, el cable requerido es un cable normal de 1 par de cores (se recomienda trenzado y apantallado).
Entre el transmisor del termopar o de la PT100 y el sistema de control, el cable requerido es un cable normal de 1 par de cores (se recomienda trenzado y apantallado).
3. SWITCHES DE TEMPERATURA
Los switches de temperatura (Interruptor/Termostato) detectan que la temperatura está por encima o por debajo de un valor preestablecido generando una señal digital (todo-nada, "1" o "0", sí o no..).
3.1. Switch Bimetálico
Uno de los switches de temperatura más usados y más sencillos son los bimetálicos, al llegar a una temperatura, un elemento metálico se dilata y activa un interruptor.
Uno de los switches de temperatura más usados y más sencillos son los bimetálicos, al llegar a una temperatura, un elemento metálico se dilata y activa un interruptor.
El interruptor puede ser cableado por ejemplo a un cuadro eléctrico o a un armario de control.
3.2. RTD
Otros switches utilizan RTD (termo-resistencias) para detectar el valor de temperatura del proceso.
En estas aplicaciones ya no se suelen utilizar PT100 (usadas para transmitir valores analógicos), para los switches se suelen utilizar otro tipo de termoresistencias que presentan una variación exponencial de la resistencia al alcanzar un valor determinado de temperatura.
Hay dos tipos de RTD:
- PTC (Positive Temperature Coefficient)
- NTP (Negative Temperature Coefficient)
Las PTC son resistencias cuyo valor aumenta al aumentar la temperatura.
Las NTC son resistencias cuyo valor disminuye al aumentar la temperatura.
Tanto las PTC como las NTC, no se suelen cablear directamente a ningún equipo de control, suelen requerir instalar un equipo electrónico en el medio que interprete el valor medido por el sensor y que abriendo o cerrando un interruptor nos indique si se ha sobrepasado o no un valor prefijado.
Hay dos tipos de RTD:
- PTC (Positive Temperature Coefficient)
- NTP (Negative Temperature Coefficient)
Las PTC son resistencias cuyo valor aumenta al aumentar la temperatura.
Las NTC son resistencias cuyo valor disminuye al aumentar la temperatura.
Tanto las PTC como las NTC, no se suelen cablear directamente a ningún equipo de control, suelen requerir instalar un equipo electrónico en el medio que interprete el valor medido por el sensor y que abriendo o cerrando un interruptor nos indique si se ha sobrepasado o no un valor prefijado.
Estos equipos electrónicos suelen requerir de una alimentación auxiliar y se suelen instalar en cajas próximas a las RTD.
Es muy común instalar PTC y NTC en los devanados y cojinetes de motores cuando se requiere tener una indicación o proteger el motor cuando la temperatura sobrepase un determinado valor.
Nota: "PT100, PTC, NTC" todos estos sensores pertenecen a la familia de las “RTD” (resistance temperature detector), sensores cuya resistencia varia con la temperatura. Debido a sus características eléctricas las PT100 responden de una forma muy lineal ante la variación de temperatura, esto las hace aptas para poder transmitir el valor de la temperatura medida.
3.3. Contactos del Switch
Los interruptores donde se cableará la señal se suelen especificar como contactos secos (libres de cualquier tensión o referencia eléctrica del instrumento) y pueden ser:
Nota: Como mínimo se recomienda especificar SPDT.
Para saber cuando usar el contacto NC (Normalmente Cerrado) o NO (Normalmente Abierto/Open), puede leer el siguiente artículo. "Link Diseño seguro".
4. MONTAJE DE LOS INSTRUMENTOS DE TEMPERATURA
Aunque en algunas casos se instalan directamente los instrumentos en las tuberías (por ejemplo en conductos de HVAC o en el aceite de lubricación de un motor), en la mayoría de los casos el instrumento no tendrá contacto directo con el fluido del proceso.
Para mantener el instrumento aislado del proceso se instalará un termopozo o termovaina entre ambos que protegerá al instrumento.
Nota: Para saber más sobre la instalación de termopozos pulsa en este siguiente enlace "Termovainas o Termopozos"
En tuberías muy pequeñas (como en tubing) si no es posible instalar un termopozo, se puede medir directamente la temperatura de la superficie de la tubería.
Si tienes algo que corregir o añadir agradecería que me mandaras tus comentarios a:
InstrumentacionHoy@gmail.com
Julio César Fernández Losa 21/12/2014
