Temperatura

La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frío.

Por lo general, un objeto más "caliente" tiene una temperatura mayor, y si es frío tiene una

temperatura menor. Físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía

interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica.

Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna

conocida como "energía sensible", que es la energía asociada a los movimientos de las

partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de

vibraciones. A medida que es mayor la energía sensible de un sistema, se observa que

está más "caliente"; es decir, que su temperatura es mayor.

En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las

partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata

de los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los

movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta también).

Dicho lo anterior, se puede definir la temperatura como la cuantificación de la actividad

molecular de la materia.

El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura ha pasado por un largo

proceso histórico, ya que es necesario darle un valor numérico a una idea intuitiva como

es lo frío o lo caliente.

Multitud de propiedades fisicoquímicas de los materiales o las sustancias varían en

función de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo su estado (sólido,

líquido, gaseoso, plasma), su volumen, la solubilidad, la presión de vapor, su color o la

conductividad eléctrica. Así mismo es uno de los factores que influyen en la velocidad a la

que tienen lugar las reacciones químicas.

La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a

una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el

Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala

correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor "cero kelvin" (0

K) al "cero absoluto", y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado Celsius. Sin

embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es común. La

escala más extendida es la escala Celsius (antes llamada centígrada); y, en mucha menor

medida, y prácticamente sólo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit. También se

usa a veces la escala Rankine (°R) que establece su punto de referencia en el mismo

punto de la escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamaño de grado igual al de la

Fahrenheit, y es usada únicamente en Estados Unidos, y sólo en algunos campos de la

ingeniería

Escalas de medición de la temperatura

Las dos escalas de temperatura de uso común son la Celsius (llamada anteriormente

‘’centígrada’’) y la Fahrenheit. Estas se encuentran definidas en términos de la escala

Kelvin, que es la escala fundamental de temperatura en la ciencia.

La escala Celsius de temperatura usa la unidad ‘’grado Celsius’’ (símbolo 0C), igual a la

unidad ‘’Kelvin’’. Por esto, los intervalos de temperatura tienen el mismo valor numérico en

las escalas Celsius y Kelvin. La definición original de la escala Celsius se ha sustituido por

otra que es más conveniente. Sí hacemos que Tc represente la escala de temperatura,

entonces:

Tc = T - 273.150

Relaciona la temperatura Celsius Tc (0C) y la temperatura Kelvin T(K). Vemos que el

punto triple del agua (=273.16K por definición), corresponde a 0.010C. La escala Celsius

se definió de tal manera que la temperatura a la que el hielo y el aire saturado con agua

se encuentran en equilibrio a la presión atmosférica - el llamado punto de hielo - es 0.00

0C y la temperatura a la que el vapor y el agua liquida, están en equilibrio a 1 atm de

presión -el llamado punto del vapor- es de 100.00 0C.

La escala Fahrenheit, todavía se usa en algunos países que emplean el idioma ingles

aunque usualmente no se usa en el trabajo científico. Se define que la relación entre las

escalas Fahrenheit y Celsius es:

.

De esta relación podemos concluir que el punto del hielo (0.000C) es igual a 32.0 0F, y

que el punto del vapor (100.00C) es igual a 212.0 0F, y que un grado Fahrenheit es

exactamente igual del tamaño de un grado Celsius.

Sensor LM35

El LM35 es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC y un rango que

abarca desde -55º a +150ºC.

El sensor se presenta en diferentes encapsulados pero

el más común es el to-92 de igual forma que un típico

transistor con 3 patas, dos de ellas para alimentarlo y la

tercera nos entrega un valor de tensión proporcional a la

temperatura medida por el dispositivo. Con el LM35

sobre la mesa las patillas hacia nosotros y las letras del

encapsulado hacia arriba tenemos que de izquierda a

derecha los pines son: VCC - Vout - GND.

La salida es lineal y equivale a 10mV/ºC por lo tanto:

+1500mV = 150ºC

+250mV = 25ºC

-550mV = -55ºC

Funcionamiento: Para hacernos un termómetro lo único que necesitamos es un

voltímetro bien calibrado y en la escala correcta para que nos muestre el voltaje

equivalente a temperatura. .

Podemos conectarlo a un conversor

Analógico/Digital y tratar la medida

digitalmente, almacenarla o procesarla con un

µControlador o similar.

El sensor se encuentra disponible en diferentes encapsulados pero el más común es el

TO-92, una cápsula comúnmente utilizada por los transistores de baja potencia, como el

BC548 o el 2N2904. Tiene tres pines: alimentación (VCC), tierra (GND) y salida (OUT).

Este sensor es fabricado por Fairchild y National Semiconductor

TL084

La familia TL084 JFET-entrada del amplificador operativo está diseñado para ofrecer una

selección más amplia que cualquier otra familia de amplificadores operativos

desarrollados anteriormente. Cada uno de estos amplificadores de entrada JFET-

operativo incorpora bien avenido, JFET de alta tensión y los transistores bipolares en un

circuito integrado monolítico. Los dispositivos cuentan con altas tasas de giro, el sesgo de

bajos insumos y de las corrientes de compensación, y bajo coeficiente de compensación

de temperatura tensión. ajustar el offset y opciones externas de compensación están

disponibles dentro de la familia TL08x.

Los C. C a 70 dispositivos de C-sufijo se caracterizan por la operación de 0 Los

C. C a 85 dispositivos

sufijo que se caracterizan por la operación de - 40 Los C. C a 125 dispositivos de Q-

sufijo se caracterizan por la operación de - 40 Los dispositivos M-sufijo se caracterizan

por operar en todo el rango de temperatura C. C a 125 de los militares - 55

DESARROLLO

Una vez realizado el diagrama del circuito que tuviera un correcto funcionamiento y además cumpliera con las características requeridas, la cual mostró además los componentes y conexiones que se hicieron para que éste funcionara de acuerdo a como se esperaba en el diseño.

Así se procedió a pasar dicho circuito en un software de diseño de circuitos eléctricos llamado “Live Wire”, en el cuál se conectó de tal forma que fuera igual al circuito que se nos dio, colocando los diferentes elementos del circuito con los valores que se tuvieron en el circuito original. .

Después de que se tuvo armado, conectado y revisado el circuito y de que todos los componentes que se colocaron fueron los correctos, se simuló para verificar el funcionamiento del circuito.

Una vez comprobado el correcto funcionamiento del circuito, en la barra de menú del programa, se eligió la opción “Tools”, de ahí “convert” y por ultimo: “desing to printed circuit board”. Esto para que el programa mandara automáticamente el circuito a otro software llamado “PCB Wizard”, el cual se encargó de generar las pistas del circuito que fueron las que se grabaron en la placa del PCB. Aunque Este programa hizo las pistas algunas veces generó puentes que no eran los adecuados por o cual se tuvo que regresar al circuito diseñado en Live Wire para modificarlo hasta que se obtuvo el mejor diseño (figura 1.0)

Figura 1.0 esquema del circuito en PCB Wizard.

En cuanto se obtuvieron las pistas deseadas se realizo una impresión en blanco y negro sobre un acetato (figura 2.0), este se colocó sobra la placa PCB, a la que previamente se le realizó la limpieza requerida para que la tinta se adhiriera en la placa, y se plancho, dándole presión y verificando el estado de la tinta por un tiempo así hasta que la tinta se pegó en la placa. Una vez que la tinta se quedó pegada totalmente en la placa de cobre, se metió la placa en una solución de ácido férrico, que es el que se encarga de atacar el cobre, y se dejó dentro por un tiempo aproximado de 15 minutos.

Figura 2.0 Esquema de pistas.

Una vez que el ácido retiró todo el cobre que no se cubría por la tinta se saco del ácido y se limpio con alcohol y una lija de agua delgada para remover la tinta que tenía pegada. Al terminar el proceso se observó que todas las pistas estuvieran completas y no rosaran una con otra. Así de esta manera después de eso se hizo el perforado en los orificios con una broca de 1/32’’ para que ahí se pusieran los componentes según el diagrama.

Una vez que se tuvo los componentes (Tabla 1.0) ordenados se procedió a soldarlos con un cautín y soldadura de estaño, cuidando de que no se unieran un punto de soldadura con el otro para evitar fallas.

.

Tabla 1.0 Lista de Materiales

De esta forma se realizo el armado del circuito (figura 1.0) (sensor de temperatura) en una placa PCB aproximada según el circuito de componentes reales.

Lista de materiales

3 Amplificadores operacionales TL084

1 Sensor Lm35

* Resistencias de 10k, 35k, 50k

1 Tarjeta perforada de cobre de 10 x 10

1 Fuente

2 Bornes de 3

2 Trimpot

* Cable

1 Cautín

* Soldadura

Figura 3.0 componentes reales

Figura 4.0 Prototipo.

Temperatura

La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frío.

Por lo general, un objeto más "caliente" tiene una temperatura mayor, y si es frío tiene una

temperatura menor. Físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía interna

de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más

específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida

como "energía sensible", que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del

sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida que

es mayor la energía sensible de un sistema, se observa que está más "caliente"; es decir, que

su temperatura es mayor.

En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las

partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de

los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los

movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta también).

Dicho lo anterior, se puede definir la temperatura como la cuantificación de la actividad

molecular de la materia.

El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura ha pasado por un largo proceso

histórico, ya que es necesario darle un valor numérico a una idea intuitiva como es lo frío o

lo caliente.

Multitud de propiedades fisicoquímicas de los materiales o las sustancias varían en función

de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo su estado (sólido, líquido,

gaseoso, plasma), su volumen, la solubilidad, la presión de vapor, su color o la

conductividad eléctrica. Así mismo es uno de los factores que influyen en la velocidad a la

que tienen lugar las reacciones químicas.

La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una

multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema

Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala

correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor "cero kelvin" (0

K) al "cero absoluto", y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado Celsius. Sin

embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es común. La

escala más extendida es la escala Celsius (antes llamada centígrada); y, en mucha menor

medida, y prácticamente sólo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit. También se usa a

veces la escala Rankine (°R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la

escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamaño de grado igual al de la Fahrenheit, y es

usada únicamente en Estados Unidos, y sólo en algunos campos de la ingeniería

Escalas de medición de la temperatura

Las dos escalas de temperatura de uso común son la Celsius (llamada anteriormente

‘’centígrada’’) y la Fahrenheit. Estas se encuentran definidas en términos de la escala

Kelvin, que es la escala fundamental de temperatura en la ciencia.

La escala Celsius de temperatura usa la unidad ‘’grado Celsius’’ (símbolo 0C), igual a la

unidad ‘’Kelvin’’. Por esto, los intervalos de temperatura tienen el mismo valor numérico

en las escalas Celsius y Kelvin. La definición original de la escala Celsius se ha sustituido

por otra que es más conveniente. Sí hacemos que Tc represente la escala de temperatura,

entonces:

Tc = T - 273.150

Relaciona la temperatura Celsius Tc (0C) y la temperatura Kelvin T(K). Vemos que el

punto triple del agua (=273.16K por definición), corresponde a 0.010C. La escala Celsius se

definió de tal manera que la temperatura a la que el hielo y el aire saturado con agua se

encuentran en equilibrio a la presión atmosférica - el llamado punto de hielo - es 0.00 0C y

la temperatura a la que el vapor y el agua liquida, están en equilibrio a 1 atm de presión -el

llamado punto del vapor- es de 100.00 0C.

La escala Fahrenheit, todavía se usa en algunos países que emplean el idioma ingles aunque

usualmente no se usa en el trabajo científico. Se define que la relación entre las escalas

Fahrenheit y Celsius es:

De esta relación podemos concluir que el punto del hielo (0.000C) es igual a 32.0 0F, y que

el punto del vapor (100.00C) es igual a 212.0 0F, y que un grado Fahrenheit es exactamente

igual del tamaño de un grado Celsius.

Sensor LM35

El LM35 es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC y un rango que

abarca desde -55º a +150ºC.

El sensor se presenta en diferentes encapsulados pero el

más común es el to-92 de igual forma que un típico

transistor con 3 patas, dos de ellas para alimentarlo y la

tercera nos entrega un valor de tensión proporcional a la

temperatura medida por el dispositivo. Con el LM35

sobre la mesa las patillas hacia nosotros y las letras del

encapsulado hacia arriba tenemos que de izquierda a

derecha los pines son: VCC - Vout - GND.

La salida es lineal y equivale a 10mV/ºC por lo tanto:

+1500mV = 150ºC

+250mV = 25ºC

-550mV = -55ºC

Funcionamiento: Para hacernos un termómetro lo único

que necesitamos es un voltímetro bien calibrado y en la

escala correcta para que nos muestre el voltaje equivalente

a temperatura. .

Podemos conectarlo a un conversor Analógico/Digital y tratar la medida digitalmente,

almacenarla o procesarla con un µControlador o similar.

El sensor se encuentra disponible en diferentes encapsulados pero el más común es el TO-

92, una cápsula comúnmente utilizada por los transistores de baja potencia, como el BC548

o el 2N2904. Tiene tres pines: alimentación (VCC), tierra (GND) y salida (OUT). Este

sensor es fabricado por Fairchild y National Semiconductor

TL084

La familia TL084 JFET-entrada del amplificador operativo está diseñado para ofrecer una

selección más amplia que cualquier otra familia de amplificadores operativos desarrollados

anteriormente. Cada uno de estos amplificadores de entrada JFET-operativo incorpora bien

avenido, JFET de alta tensión y los transistores bipolares en un circuito integrado

monolítico. Los dispositivos cuentan con altas tasas de giro, el sesgo de bajos insumos y de

las corrientes de compensación, y bajo coeficiente de compensación de temperatura

tensión. Ajustar el offset y opciones externas de compensación están disponibles dentro de

la familia TL08x.

Los C. C a 70 dispositivos de C-sufijo se caracterizan por la operación de 0 Los

C. C a 85 dispositivos sufijo que se caracterizan por la operación de - 40 Los C. C a 125

dispositivos de Q-sufijo se caracterizan por la operación de - 40 Los dispositivos M-sufijo

se caracterizan por operar en todo el rango de temperatura C. C a 125 de los militares - 55

DESARROLLO

Una vez realizado el diagrama del circuito que tuviera un correcto funcionamiento y además cumpliera con las características requeridas, la cual mostró además los componentes y conexiones que se hicieron para que éste funcionara de acuerdo a como se esperaba en el diseño.

Así se procedió a pasar dicho circuito en un software de diseño de circuitos eléctricos llamado “Live Wire”, en el cuál se conectó de tal forma que fuera igual al circuito que se nos dio, colocando los diferentes elementos del circuito con los valores que se tuvieron en el circuito original. .

Después de que se tuvo armado, conectado y revisado el circuito y de que todos los componentes que se colocaron fueron los correctos, se simuló para verificar el funcionamiento del circuito.

Una vez comprobado el correcto funcionamiento del circuito, en la barra de menú del programa, se eligió la opción “Tools”, de ahí “convert” y por ultimo: “desing to printed circuit board”. Esto para que el programa mandara automáticamente el circuito a otro software llamado “PCB Wizard”, el cual se encargó de generar las pistas del circuito que fueron las que se grabaron en la placa del PCB. Aunque Este programa hizo las pistas algunas veces generó puentes que no eran los adecuados por o cual se tuvo que regresar al circuito diseñado en Live Wire para modificarlo hasta que se obtuvo el mejor diseño (figura 1.0)

Figura 1.0 esquema del circuito en PCB Wizard.

En cuanto se obtuvieron las pistas deseadas se realizo una impresión en blanco y negro sobre un acetato (figura 2.0), este se colocó sobra la placa PCB, a la que previamente se le

realizó la limpieza requerida para que la tinta se adhiriera en la placa, y se plancho, dándole presión y verificando el estado de la tinta por un tiempo así hasta que la tinta se pegó en la placa. Una vez que la tinta se quedó pegada totalmente en la placa de cobre, se metió la placa en una solución de ácido férrico, que es el que se encarga de atacar el cobre, y se dejó dentro por un tiempo aproximado de 15 minutos.

Figura 2.0 Esquema de pistas.

Una vez que el ácido retiró todo el cobre que no se cubría por la tinta se saco del ácido y se limpio con alcohol y una lija de agua delgada para remover la tinta que tenía pegada. Al terminar el proceso se observó que todas las pistas estuvieran completas y no rosaran una con otra. Así de esta manera después de eso se hizo el perforado en los orificios con una broca de 1/32’’ para que ahí se pusieran los componentes según el diagrama.

Una vez que se tuvo los componentes (Tabla 1.0) ordenados se procedió a soldarlos con un cautín y soldadura de estaño, cuidando de que no se unieran un punto de soldadura con el otro para evitar fallas.

. Lista de materiales

3 Amplificadores operacionales TL084

1 Sensor Lm35

* Resistencias de 10k, 35k, 50k

1 Tarjeta perforada de cobre de 10 x 10

1 Fuente

2 Bornes de 3

2 Trimpot

* Cable

1 Cautín

* Soldadura

Tabla 1.0 Lista de Materiales

De esta forma se realizo el armado del circuito (figura 1.0) (sensor de temperatura) en una placa PCB aproximada según el circuito de componentes reales.

Figura 3.0 componentes reales

Figura 4.0 Prototipo.