UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD TECNOLGICA TECNOLOGIAS INDUSTRIALES OLIVIA URBINA CERDA

MEDICION DE TEMPERATURA POR RADIACION

OBJETIVOS:

CONOCER LOS ELEMENTOS SENSITIVOS QUE UTILIZAN LA RADIACION DE

CALOR PARA MEDIR TEMPERATURAS

ANALIZAR FUNCIONAMIENTO DE UN PIROMETO OPTICO

ANLIZAR FUNCIONAMIENTO DE UN PIROMETRO DE RADIACIN

APLICACIONES TIPICAS

PIROMETRIA

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INTRODUCCION

La medicin de temperaturas arriba de 1400 C presenta serias dificultades en la

industria.

La mayora de los metales de termocuplas se oxidad o slo pueden ser tiles por

lapsos muy reducidos en estas temperaturas.

Para temperaturas mayores de 1400 C se usa la pirometra ptica y la pirometra

de radiacin. Para bajas temperaturas, estos sistemas no son apropiados, ya que la

cantidad de energa radiante (por ejemplo 200 C) es pequea y requerira

elementos muy sensibles de deteccin.

EMISIVIDAD

La medida de la caracterstica relativa del cuerpo para medir energa radiante recibe

el nombre de coeficiente de emisin o emisividad. Es decir, la relacin entre la

radiancia de la superficie y la radiancia de un cuerpo negro que se encuentran a la

misma temperatura.

El cuerpo puede reflejar energa radiante adicional, procedente de cuerpos

prximos, flamas, etc., de modo que si se tiene un bajo coeficiente de emisin

reflejar una gran cantidad de energa incidente, y al contrario con un alto

coeficiente de emisin la energa reflejada ser baja.

As la temperatura de un objeto puede ser determinada a distancia midiendo su

radiacin emitida. Sin embargo, el valor de emisividad espectral de la superficie,

debe previamente ser conocido, o se debe suponer un valor, antes que la

temperatura real pueda ser calculada. Si la emisividad del cuerpo es conocida, el

instrumento receptor lleva acoplado un pequeo restato de ajuste que permite

ajustar directamente la lectura a la temperatura exacta del cuerpo caliente.

CUERPO NEGRO

Es aquel que absorbe toda la radiacin que incide en l y no refleja ninguna; posee

una emisividad igual a la unidad y emite la mxima energa radiante. Los cuerpos

cuyo coeficiente de emisin es menor que la unidad se conoce como cuerpos

opacos.

Se utilizan como mejor referencia para determinar cuantitativamente la energa

irradiada por un objeto caliente.

Tipos de Instrumentos

La construccin de aparatos para mediciones por radiacin se ha basado en dos

principios fundamentales, los cuales originan dos tipos de instrumentos bien

definidos:

pirmetros pticos

pirmetros de radiacin

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PIRMETROS PTICOS

FUNDAMENTACIN:

Se basan en la ley de distribucin de la radiacin trmica .

La ley de Wien especifica que hay una relacin inversa entre la longitud de onda en la que se produce la mxima de emisin de un cuerpo negro y su temperatura.

Las consecuencias de la ley de Wien es que cuanta mayor sea la temperatura de un

cuerpo negro menor es la longitud de onda en la cual emite.

La longitud de onda correspondiente al mximo de potencia irradiada en forma

de radiaciones comprendidas en un intervalo infinitamente pequeo de longitudes de onda es inversamente proporcional a la temperatura del cuerpo negro.

En la medicin de temperaturas con estos pirmetros hacemos uso de una

caracterstica de la radiacin trmica: el brillo. El brillo de la radiacin en una banda

muy estrecha de longitudes de onda emitidas por una fuente, cuya temperatura ha

de medirse, es confrontado visualmente con el brillo, en la misma banda, de una fuente calibrada.

La ley de Wien es suficientemente exacta para las longitudes de onda visibles

hasta por lo menos 1800 C y es matemticamente de manejo ms cmodo que la ley de Planck.

T

K.m,max

00289760

metros en emisin de mxima onda de longitud la

Kelvin grados en negro cuerpo del atemperatur la esT

:donde

max

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ESTRUCTURA DE LOS PIRMETROS PTICOS

El pirmetro ptico empleado en la determinacin de altas temperaturas tales

como las temperaturas de fusin del platino, del molibdeno o del tungsteno, es del tipo de filamento cuya imagen desaparece.

L1= lente ptico

F = filamento caliente

c= filtro

R = resistencia variable o potencimetro

A= ampermetro

PIROMETRIA

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PIROMETRIA

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PIROMTROS DE RADIACIN FUNDAMENTACIN:

La medida de temperatura con termopar o termorresistencias implica el contacto

directo entre el transductor y el cuerpo cuya temperatura se desea medir. Sin

embargo el contacto es imposible si la temperatura a medir es superior al punto de

fusin del material del transductor, o si el cuerpo caliente es muy pequeo y cambia

su temperatura al efectuar la medida. En estos casos pueden utilizarse los

pirmetros de radiacin, que miden la temperatura a travs de la radiacin trmica

que emiten los cuerpos calientes. La potencia total (QT) emitida por la superficie de

un cuerpo negro (emisin total en todas las longitudes de onda) viene dada por la Ley de Stefan-Boltzmann :

Basndose en esta ecuacin y conocida la geometra del cuerpo, se puede conocer

su temperatura midiendo la potencia irradiada. La potencia emitida por los cuerpos

reales es siempre menor que la del cuerpo negro ideal, y existen factores de

correccin en funcin del material del que se trate. Los pirmetros de radiacin total

estn construidos a base de una cmara negra, que recibe la radiacin a travs de

una ventana de superficie conocida. El haz radiado se hace incidir sobre una

superficie metlica, que se calentar por efecto de la radiacin, La medida de la

temperatura de dicha superficie permite conocer la temperatura del cuerpo emisor.

ESTRUCTURA DE UN PIROMETRO DE RADIACIN

El sistema ptico del termmetro de radiacin recolecta parte de la radiacin

proveniente de una muestra de la superficie y la dirige al detector. El cual la

convierte en una seal elctrica. El circuito electrnico convierte la seal elctrica a una correspondiente temperatura de la superficie.

(W) T.AQT 4

cuerpo del absoluta atemperatur T

emisor cuerpo del superficie A

8-E 5,75 es valor cuyo Boltzmann, -Stefan de Constante

fuente la por emitida total Potencia QT

:donde

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El pirmetro de radiacin total est formado por una lente de pirex, slice o fluoruro

de calcio que concentra la radiacin del objeto caliente en una termopila formada

por varios termopares de Pt- Pt/Rd de pequeas dimensiones y montado en serie.

La radiacin est enfocada incidiendo directamente en las uniones calientes de los termopares.

La f.e.m. que proporciona la termopila depende de la diferencia de temperaturas

entre la unin caliente (radiacin procedente del objeto enfocado) y la unin fra.

Esta ltima coincide con la de la caja del pirmetro es decir, con la temperatura

ambiente. La compensacin de esta se lleva a cabo mediante una resistencia de nquel conectada en paralelo con los bornes de conexin del pirmetro.

lente de pirex

termopila

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Detalle de las termopilas de Pt- Pt/Rd del pirmetro

El pirmetro puede apuntar al objeto bien directamente, bien a travs de un tubo de

mira abierto (se impide la llegada de radiacin de otras fuentes extraas) o cerrado

(medida de temperatura en baos de sales para tratamientos trmicos, hornos).

APLICACIN

El pirmetro de radiacin se puede recomendar en lugar del termoelctrico en los

casos siguientes:

donde un par termoelctrico sera envenenado por la atmsfera de horno,

para la medida de temperaturas de superficies,

para medir temperaturas de objetos que se muevan,

para medir temperaturas superiores a la amplitud de los termopares

cuando se requiere gran velocidad de respuesta a los cambios de

temperatura

donde las condiciones mecnicas (vibraciones, choques, etc.) acorten la vida

de un par termoelctrico caliente

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PIROMETRO INFRAROJO

Fundamentacin

La radiacin infrarroja o radiacin trmica es un tipo de radiacin

electromagntica de mayor longitud de onda que la luz visible, pero menor que la

de las microondas. Consecuentemente, tiene menor frecuencia que la luz visible y mayor que las microondas.

El nombre de infrarrojo, que significa por debajo del rojo, proviene de que fue

observada por primera vez al dividir la luz solar en diferentes colores por medio de

un prisma que separaba la luz en su espectro de manera que a ambos extremos

aparecen visibles las componentes del rojo al violeta (en ambos extremos). Su

longitud de onda, entre 700 nanmetros y un milmetro, es la siguiente en longitud al rojo, el color de longitud de onda ms larga de la luz visible.

Los infrarrojos se clasifican en:

infrarrojo cercano (0,8-2,5 m)

infrarrojo medio (2,5-50 m) infrarrojo lejano (50-1000 m)

Los termmetros infrarrojos miden temperatura sin

contacto, por medio de la radiacin infrarroja de un

cuerpo. Todos los termmetros infrarrojos poseen un

rayo de luz piloto para su mejor orientacin. Los

termmetros infrarrojos miden solamente la

temperatura superficial de superficies visibles, por

tanto no lo pueden hacer a travs de un cristal.

Algunos modelos poseen un valor K previamente

introducido, en otros se puede elegir el valor K

dependiendo del material a medir (papel, madera,

superficies metlicas...). Si mide superficies metlicas

brillantes, como por ejemplo superficies de cilindros,

solamente podr utilizar los aparatos para determinar

tendencias de temperatura. No es posible realizar una medicin absoluta con los

termmetros infrarrojos en superficies pulidas con brillo. Lea para ello las

indicaciones breves de medicin en: medicin prctica con termmetros infrarrojos.