Hay muchas razones para utilizar sondas de temperatura eléctricas con tiempos de respuesta cortos: optimización de la prestación, utilización más eficaz del rango de trabajo de un proceso, evitación de la sobrecarga térmica del medio de proceso. Pero, ¿cómo se miden los tiempos de respuesta, cuál es su base normativa y qué hay que tener en cuenta?
El gráfico muestra una sonda de temperatura eléctrica (en rojo) demasiado lenta
Las sondas de temperatura eléctricas especialmente diseñadas garantizan que la temperatura medida no «se queden atrás» con respecto a la temperatura real del proceso. En el gráfico de la derecha, por ejemplo, la línea azul corresponde a la temperatura del proceso. La línea roja, en cambio, muestra la lectura de temperatura transmitida por la sonda de temperatura eléctrica.
Un diseño óptimo en una termorresistencia o termopar «veloz» es esencial para un tiempo de respuesta rápido. También es importante minimizar la disipación de calor que siempre está presente.
Determinación de los tiempos de respuesta de las sondas de temperatura eléctricas
Esto nos lleva a preguntarnos cómo se miden los tiempos de respuesta de las sondas de temperatura eléctricas y sobre qué base normativa se hace.
Varias normas y directivas constituyen la base de la medición:
- VDI/VDE 3522 hoja 1: Comportamiento dinámico de los termómetros de contacto – Principios y valores característicos
- VDI/VDE 3522 hoja 2: Comportamiento dinámico de los termómetros de contacto – Determinación experimental de los valores porcentuales de tiempo
- IEC 60751: Termorresistencias de platino y sensores de temperatura de platino (Definición del tiempo de respuesta térmica – Especificación de los parámetros de medida)
Las normas estadounidenses ASTM E644-11 (métodos de prueba estándar para termorresistencias) y ASTM E839-11 (métodos de ensayo normalizadas para termopares con fundas y cable de termopar con fundas) constituyen la base para las mediciones y los métodos de medición relacionados.
Diferencia general entre la medición en agua y en aire:
Sección del diagrama «Tiempos de respuesta»
La medición del tiempo de respuesta en el aire es, en principio, similar a la del agua. También en este caso se genera un cambio brusco de temperatura (de T1 a T2) y se mide el tiempo de retardo. Sin embargo, las condiciones marco físicas -como la resistencia a la transferencia de calor del aire al metal o la capacidad calorífica específica del aire- son diferentes de las del agua. Por tanto, los tiempos de respuesta en el aire -medidos con la misma sonda de temperatura eléctrica- suelen ser más largos que en los líquidos.
Los valores umbral importantes son los valores porcentuales de temperatura 50% (t0,5), 63% (t0,63) y 90% (t0,9). Estos valores indican el tiempo tras el cual el objeto de ensayo se ha ajustado al 50%, 63% o 90% de la temperatura del agua o del aire, respectivamente. Sin embargo, no se ha determinado el valor para el 100%. Debido a los efectos de la disipación del calor, en la práctica nunca podrá alcanzarse.
Baño de calibración de agua con flujo laminar uniforme
- Medición del tiempo de respuesta en el agua
Una bomba pone agua atemperada uniformemente en un flujo uniforme y laminar. La parte sensible a la temperatura del objeto de ensayo se desplaza muy rápidamente de la zona de temperatura ambiente (T1) a la zona de temperatura del agua (T2) mediante un dispositivo móvil (cambio escalonado de temperatura).
Representación gráfica de la respuesta escalonada
Se determina el tiempo de retardo (el tiempo de respuesta) hasta que el objeto de ensayo ha alcanzado la temperatura (conocida) del agua y se registra en consecuencia (respuesta escalonada).
Parámetros para el fluido de medición, agua (IEC 60751):
- Velocidad de flujo vmin: 0,3 m/s ± 0,1 m/s
- Cambio brusco de temperatura 10 … 30 K
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Medición del tiempo de respuesta en aire
Dispositivo para medir los tiempos de respuesta en el aire
Un soplante pone aire uniformemente templado (T1) en un flujo uniforme (laminar). El instrumento sometido a prueba se monta en la corriente de aire mediante una conexión Clamp. Por último, una rejilla de calefacción eléctrica genera bruscamente una temperatura más alta (T2) para el flujo de aire.
Parámetros para el fluido de medición: aire (IEC 60751):
- Velocidad de caudal vmin: 3 m/s ± 0,3 m/s
- Variación gradual de la temperatura: 10 … 30 K
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“Instrumentos de medición eléctrica de la temperatura: Cómo elegir el correcto (Parte 1)”
“Instrumentos de medición eléctrica de la temperatura: Cómo elegir el correcto (Parte 2)”