Tipos de termometros

Los termómetros o aparatos que se emplean para la medida de la temperatura se basan en alguno de estos tres tipos de fenómenos; Termomecánicos, Termoeléctricos, y Ópticos.

Las escalas termométricas, o escalas de temperatura, se definen por dos puntos fijos representados por valores atribuidos arbitrariamente a dos cambios de estado físico del agua; la fusión del hielo y la ebullición del agua; ambos a la presión atmosférica (760 mm de Hg.).

La escala centígrada (°C) utilizada en procesos industriales en Europa, asigna el valor de 0 °C al punto de congelación del agua o de fusión del hielo; es el punto inferior A.

El punto B, es el de la ebullición del agua, que la escala le asigna el valor de 100 °C; la escala se

divide en 100 partes iguales, correspondiendo cada una de ellas a un grado centígrado (°C).

Las temperaturas por debajo de 0 °C, se denominan “bajo cero”, o negativas, conservando el mismo valor del grado, y la misma longitud de escala.

La escala Fahrenheit es utilizada en el mundo anglosajón, asigna el valor de 212 °F, al punto de ebullición del agua (B), y el valor de 32 °F, al punto (A), de fusión del hielo; la escala, del punto (B) al punto (A), se divide en 180 partes iguales (212 - 32 = 180 °F) correspondiendo cada una de ellas a un grado Fahrenheit (°F); siendo igual la longitud del segmento AB, el °C refleja mayor salto de temperatura que el °F, ya que 100 °C = 180 °F, por ello podemos indicar que:

1 °C = 1,8 °F; 

1 °F = 5/9 °C.

Para pasar de una escala a otra se emplean las fórmulas siguientes:

t °C = 5/9 (t °F - 32).

t °F = 1,8 t °C + 32.

Los cero °F serán en la escala centígrada;

 t °C = 5/9 (0 °F - 32) = 5/9 x - 32 = -17,78 °C.

La unidad de medida en el S.I. es el grado Kelvin (°K), que es la medida de la escala absoluta o termodinámica; la temperatura más baja, que teóricamente puede existir, es la de -273,16 °C, pero nunca se ha podido realmente alcanzar, a esa temperatura se le denomina técnicamente cero absoluto (teóricamente cesaría la actividad atómica).

En el esquema adjunto podemos ver que se asigna:

• Al punto de fusión del hielo (A) el valor de 273 °K, (realmente son 273,16 °K) por lo tanto, 0 °C = 273,16 °K.
• Al punto (B), correspondiente a la ebullición del agua, se le asigna el valor de 373 °K (100 °K más), como en el caso anterior, el valor real es 373,16°K, manteniendo la diferencia de 100 °K.

Por lo tanto, el salto térmico correspondiente al grado Kelvin, o absoluto, es igual al del grado centígrado. Para diferenciar las escalas, se suele denominar con “T” la temperatura absoluta, o termodinámica.

El montaje de los termómetros debe hacerse teniendo en cuenta sus propias características y las condiciones del entorno, la profundidad de inmersión tiene también su importancia, si es insuficiente, no permite una respuesta rápida y existe el riesgo de un error dinámico, este es inherente a toda medida, ya que se transfiere energía entre el fluido y el elemento sensible, lo que requiere un cierto tiempo.

Un termómetro o sonda con una cabeza no aislada, junto con una escasa profundidad de inmersión de la sonda está sujeta a errores, ya que el calor de fluido se pierde en parte a través de las paredes del depósito, o tubería, sin una buena transferencia de calor. Este efecto es tanto más importante, cuanto más baja sea la temperatura y más se aproxime a la temperatura ambiente.

Los termómetros basados en fenómenos termomecánicos, aprovechan la propiedad que tienen las sustancias, de dilatarse por causa del calor; los tipos de termómetro más usuales son:

1. Termómetros de vidrio; estos termómetros constan de un depósito de vidrio que contiene un líquido adecuado, que al dilatarse aumenta de volumen; este aumento sube por el tubo capilar, señalando en la escala, la temperatura, en la figura se ve una protección metálica, que es lo que se llama capilla.

Las sustancias utilizadas y los márgenes de temperatura, son las siguientes; Mercurio de -35, a +280 °C; Pentano de -200, a +20 °C; Alcohol de -110 a + 50 °C; y Tolueno de -70, a + 100 °C.

2. Termómetros metálicos; usados principalmente en calefacción, se fundan en la distinta dilatación de dos metales, uno de gran dilatación, como latón, monel o acero; y otro de muy baja dilatación, entre - 50 °C y 100 °C, como es el “invaf’ (aleación de Fe y Ni, al 35,5 % Ni), una espiral o una hoja puede laminarse con dos de estos metales, produciéndose el efecto de deformación que se observe en la figura de la pagina siguiente; en este tipo de termómetros, uno de los extremos del elemento bimetálico, está fijo, y el otro dispone de movilidad, extremo móvil, tiene sujeto a él, la aguja indicadora; el conjunto no precisa mantenimiento alguno; la precisión es de + 1 % de la escala y su campo de utilización es de - 200 a + 600°C.

3. Termómetros de bulbo y capilar; constan de un bulbo, conectado mediante un tubo capilar, a una espiral cuando la temperatura del bulbo cambia, el fluido en el bulbo se expande, o se contrae, y tiende a desenrollar, o enrollar la espiral, moviendo así la aguja indicadora de la temperatura; una variante de este tipo es la que sustituye la espiral, por un diafragma; este tipo de termómetros se distinguen y clasifican, según el fluido que contiene el bulbo y el capilar.

4. Termorresistencias; las sondas o sensores de este tipo, utilizan la propiedad de algunos materiales, normalmente níquel, o platino, en los que se produce un aumento de la resistencia eléctrica, con el incremento de la temperatura en el elemento sensor; es decir, se mide la variación en el paso de corriente eléctrica, debido al cambio en la resistencia eléctrica de la sonda, por efecto del cambio de la temperatura.

La sonda de níquel (Ni) es la más barata de las dos, pero no mantiene la misma proporcionalidad de variación de su resistencia eléctrica en todos los valores, con respecto a la variación de la temperatura; comparado con el platino, presenta una mayor variación de la resistencia eléctrica, por cada grado de temperatura.

El platino usado como sonda, sí mantiene la proporcionalidad, siendo el material más adecuado por su precisión y la estabilidad de sus propiedades; existen sondas denominadas Pt-100, Pt-200, Pt-500, y Pt-1.000; el número indica el valor de la resistencia eléctrica expresada en ohmios (O) que tiene la sonda para una temperatura de 0 °C = 273,16 °K

5. Termístores, o Termístancias; el fundamento es semejante al anterior, pero una termístancia disminuye su resistencia eléctrica al aumentar su temperatura; son más precisos y sensibles que las termórresistencias; la termístancia es un elemento semiconductor, que no solo se utiliza para la medición de temperaturas.

6. Termopares; es la unión de 2 metales que produce una corriente eléctrica, al estar el punto de medición a distinta temperatura que la base del termopar; la intensidad de la corriente eléctrica producida por el termopar, es variable y está en función de la diferencia de temperaturas. Los metales utilizados en las distintas combinaciones industriales son; el hierro, el cobre, el platino, el radio y aleaciones como crómel (10 % cromo, 90 % níquel), alúmel (2 % manganeso, 1 % silicio, 95 % níquel y 2 % aluminio), o constantan (45 % níquel y 55 % cobre).

Los termómetros con fundamento óptico, son los llamados pirómetros, se emplean para medidas de temperaturas muy elevadas ( + 1.000 °C); se basan en que la energía radiante que emite un cuerpo, la cual es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta (°K) a que está la superficie del cuerpo; el pirómetro mide, por comparación, la energía radiante que se emite en las paredes de hornos, los chorros de llamas de quemadores, etc. y así se conoce la temperatura a que está el elemento objeto de medición.