TEMPERATURA Una primera concepción de la temperatura es la que se refiere a la sensación...

TEMPERATURA Una primera concepción de la temperatura es la que se refiere

a la sensación fisiológica del cuerpo humano. Cuando se toca un cuerpo se dice que está caliente o frío,

según la sensación. Cuando se juntan dos objetos con diferente temperatura, el

objeto caliente se enfría mientras que el objeto frío se calienta hasta que la temperatura en los dos cuerpos se iguala, se habla entonces de un equilibrio térmico.

Uno de estos objetos puede ser un termómetro. La temperatura la podemos medir como la actividad molecular

de una sustancia llamada medio térmico, la cual se manifiesta mediante el cambio de alguna propiedad (por ejemplo aumento del volumen de la sustancia).

Dicho de otra forma, la temperatura es la condición que determina si un cuerpo es apto para transmitir calor a otros o para recibir el calor transmitido por éstos.

La temperatura es la condición que determina la dirección del flujo resultante de calor entre dos cuerpos, el cuerpo que en total libera calor al otro se dice que está a una temperatura más elevada.

Cualquier propiedad física de una sustancia que sea función de la temperatura puede ser utilizada como base de un termómetro. Las propiedades más ampliamente utilizadas en los termómetros meteorológicos.

Agm620 – Instrumental meteorologico

TEMPERATURA

Los procesos fisiológicos en los organismos vegetales, tales como; respiración, fotosíntesis, asimilación y transpiración, transcurren solamente a determinadas temperaturas; los valores óptimos y extremos (máxima y mínimas) de las temperaturas, son diferentes para las plantas de distintas especies e incluso para diversos periodos de su vida, por lo que la temperatura del aire tiene una gran importancia en la vida de las plantas.


Procesos físicos en los que se basa la medida de la temperatura.

Dilatación de un líquido encerrado en un tubo de vidrio. Dilatación de un líquido dentro de una envoltura metálica y que

provoca un aumento de presión. Desarrollo de una fuerza electromotriz entre las soldaduras de un

circuito formado por dos metales diferentes (termómetro de termopar) Cambio de curvatura en una banda de metal compuesta por dos

láminas metálicas que tienen coeficiente de dilatación diferentes y que están soldadas en toda su longitud (termómetro de lámina bimetálica).

Variación de resistencia eléctrica de un hilo de platino. Variación de resistencia de una mezcla especial de sustancias

químicas (termómetro de termistancias).


UnidadesEl primer uso conocido de un instrumento de medición relativa de temperatura es atribuido a Galileo, en el año 1584. El diseño del termómetro de mercurio y su utilización para propósitos meteorológicos es atribuido a Fahrenheit, en 1721. Como cero de la escala de este termómetro, Fahrenheit usó la temperatura más baja que registró en Danzig. Como punto fijo superior de su escala adoptó la temperatura del cuerpo humano de 96 °F. Esta escala da 32 °F como punto de congelación del agua y 212 °F como punto de ebullición.Celsius inventó la escala Centígrada pero en forma inversa: su cero en el punto de ebullición del agua y 100 °C en el punto de congelación. Linné invirtió la escala centígrada y la estableció en la forma actual. Su nombre es escala Celsius.Para fines meteorológicos operativos, la temperatura es referida a la escala CelsiusLa unidad es el "grado Celsius", sinónimo de "grado Centígrado".La temperatura es un parámetro importante en lo que a meteorología se refiere. Los meteorólogos están interesados en la temperatura del aire, la temperatura del suelo y la temperatura del agua.


UnidadesKelvin (K). La temperatura absoluta la definió lord Kelvin con la siguiente expresión:

T = Temperatura absoluta y = temperatura centígrada = coeficiente de dilatación de los gases ideales a presión constante, = 0.003663 Donde: 1/ = 273 T = + 273Así, la escala da el valor de 273 al punto de fusión del hielo y 373 al punto de ebullición del agua.


1

Unidades•La temperatura termodinámica (Θ), con sus unidades Kelvin (K), es la temperatura básica. •El Kelvin es la fracción 1/273.16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua. •La escala Celsius (t), definida se utiliza para la mayoría de los fines meteorológicos.•Las escalas de temperaturas que comúnmente se utilizan son la Celcius, Fahrenheit y la Kelvin, algebraicamente expresadas en la siguiente forma; °C ° F - 32 °K-273 __________ = ___________ = ________

100 180 100


Se pueden obtener las demás relaciones, tomando en cuenta siempre que la escala que se va a relacionar debe partir de cero y tomarse su amplitud.

°F = 1.8°C +32 = 1.8 (°K-273) + 32 (1.8 °K - 1.8*273) + 32 (1.8 °K - 491.4) + 32 1.8 °K - 491.4 + 32 1.8 °K - 459.4 °F = 1.8 °K - 459.4°F + 459.4 = 1.8 °K (°F + 459.4) / 1.8 = °K °K = (°F + 459.4) / 1.8 = (°F + 459.4) / 1.8 °K = (°F + 459.4) / 1.8


Ejemplos de conversión de una escala a otra.Convertir 22 °C a grados Fahrenheit, y Kelvin.°F = 1.8°C +32 = 1.8*(22) +32 = 1.8*(22) +32 = 39.6 + 32 = 71.6 °F22°C = 71.6 °F°K = °C +273 = 22 +273 = 295 °K 22°C = 295 °K

Convertir 75 °F a grados Centígrados, y Kelvin.°K = (°F + 459.4) / 1.8 = (75 + 459.4) / 1.8 = 534.4 / 1.8 = 54.53 °K75°F = 54.53 °K°C = 5/9 (°F-32) = 5/9 (75-32) = 5/9 (75-32) = 5/9 (43) = 47.777 °F = 1.8°C +32 °F – 32 = 1.8°C(°F – 32) / 1.8 = °C°C = (°F – 32) / 1.8 °C = (75 – 32) / 1.8 = (43) / 1.8 = (43) / 1.8 = 23.89 °C75°F = 23.89 °C


Termómetros• Cualquier propiedad física de una sustancia que sea función de la

temperatura puede ser utilizada como base de un termómetro.

• Las propiedades más ampliamente utilizadas en los termómetros meteorológicos son la dilatación térmica y el cambio de resistencia eléctrica con la temperatura.


En meteorología se mide la temperatura de:

• El aire cerca de la superficie,

• El suelo a distintas profundidades

• La superficie del mar y de los lagos,

• La atmósfera superior.


Medida de la temperatura del AireEfectos de la radiación. La radiación procedente del sol, las nubes, el terreno y otros objetos circundantes pasa a través del aire sin cambio apreciable alguno de temperatura, mientras que un termómetro expuesto libremente a la intemperie puede absorber considerable radiación, y como consecuencia de ello su temperatura puede diferir de la temperatura verdadera del aire. Para algunos sensores termométricos, tales como el fino alambre utilizado en un termómetro de resistencia, la diferencia puede ser muy pequeña, pero en la mayoría esta diferencia puede llegar a ser de hasta 25°C. En consecuencia es necesario proteger el termómetro de la radiación mediante una garita que sirva de soporte y también lo proteja de la precipitación, permitiendo al mismo tiempo la libre circulación del aire.


Garita termométrica La garita debe ser diseñada para que constituya un lugar con

temperatura uniforme dentro e igual a la del aire exterior. Debe rodear completamente a los termómetros e impedir que entre el

calor y la precipitación Las paredes deben ser dobles en forma de persianas. La cubierta debe ser de doble capa, con un espacio de ventilación entre

ambas Debe tener doble piso con rejillas traslapadas. En climas fríos el piso debe tener la posibilidad de quitar o inclinar de

modo que se pueda sacar la nieve. El tamaño debe ser suficiente para contener los instrumentos

manteniendo espacio entre estos y las paredes. Esto es muy importante en zonas tropicales en donde la insolación puede causar gradientes importantes de las paredes al interior de la garita.

Debe estar pintada de blanco por fuera y por dentro con pintura no higroscópica,


Garita termométricaEl aire que circula a través de la garita permanece algún tiempo en contacto con las paredes exteriores y, por consiguiente, puede alterar su temperatura, este efecto es más apreciable cuando el viento es débil, por lo que es factible esperar que la temperatura registrada dentro de la garita sea superior a la verdadera del aire en un día de fuerte sol y de calma.Se pueden producir errores adicionales por el enfriamiento debido a la evaporación del agua de la garita después de una lluvia, lo cual puede afectar también a higrómetros o evaporímetros.La altura de los termómetros se recomienda entre 1.25 y 2.0 m sobre el nivel del terrenoLas medidas de la temperatura en las azoteas de los edificios son de dudosa significancia.En lugares en donde se presente nieve, es posible utilizar un soporte que permita levantar o bajar la garita para mantener una altura adecuada por encima de la superficie de nieve. La puerta de la garita debe orientarse de tal modo de evitar que los rayos del sol penetren al interior. En zonas tropicales se recomiendan dos puertas y en zonas polares se deben tomar precauciones utilizando una pantalla montada de tal manera que pueda girarse para proteger mientras se hacen las lecturas.Los soportes de la garita deben ser robustos para evitar vibraciones por el viento que pueden afectar los termómetros.


Medida de la temperatura del suelo

Las profundidades normalizadas para medir la temperatura del suelo son; 5, 10, 20, 50 y 100 cm de profundidad, se pueden agregar profundidades adicionales. Cuando el terreno esta cubierto regularmente con nieve es necesario medir la temperatura en la capa de nieve también. Se debe anotar el tipo de suelo, cubierta vegetal, dirección y pendiente general del terreno, además de las características físicas del suelo como densidad, conductividad térmica y contenido de humedad del suelo, estructura y nivel freático.


Termómetros de líquido en tubo de vidrio

En observaciones habituales de temperatura se utilizan termómetros de líquido en vidrio. Utilizan la diferencia de dilatación de un líquido puro en un recipiente de vidrio, se utiliza alcohol y/o mercurio. Esto dependerá del rango de temperaturas que se requiera medir, el mercurio se utiliza para temperaturas por encima de su punto de congelación (38.8°C) y el alcohol etílico se utiliza para temperaturas más bajas.


Termómetros de líquido en tubo de vidrioLa columna sobre la cual se mide la temperatura es un tupo hueco con diámetro interior muy pequeño (capilar), el cual esta unido al depósito del termómetro. Los cambios de volumen del líquido se indican mediante cambios en la longitud sobre el microtubo, y con la ayuda de un termómetro patrón se puede imprimir la escala de temperaturas sobre el vidrio. El espesor del vidrio en el depósito debe ser del menor grosor posible sin descuidar una resistencia adecuada, para que permita un intercambio de calor.La graduación puede estar impresa detrás dentro o sobre el vidrio. En algunas ocasiones puede agregarse un efecto de lente con el mismo vidrio, para ampliar la imagen de la escala, aunque esta característica es más utilizada en termómetros clínicos. En las estaciones sinópticas los termómetros deber ser verificados con un instrumento patrón cada uno o dos años. Los termómetros que se utilicen en los psicrómetros deben elegirse de modo que se reduzcan al mínimo las diferencias entre ambos, debidas a los mismos termómetros, las diferencias aceptadas es de 0.2°C para temperaturas mayores de 0°C y de 0.1°C para temperaturas menores de 0°C.


Termómetros para medir la temperatura del sueloFrecuentemente se utilizan termómetros de mercurio con varillas dobladas en ángulo recto o cualquier otro ángulo. El depósito de mercurio se introduce en el terreno hasta la profundidad deseada. En estos termómetros la temperatura se lee sin extraer el termómetro.Para profundidades mayores a 20 cm. se recomienda utilizar termómetros que están suspendidos dentro de un tubo de metal o plástico. En estos casos el termómetro es extraído del terreno para realizar la lectura, y debido una gran constante de tiempo los errores involucrados son mínimos.En lugares en donde es frecuente la presencia de nieve, el extremo exterior de los tubos deberán tomar en cuenta la altura que regularmente alcanza la nieve.Pueden utilizarse también instrumentos como los tele-termógrafos (mecánicos o eléctricos) en los cuales es posible registrar la temperatura del suelo a distancias de varios metros, con lo cual ya se hace necesario extraer los termómetros para hacer la lectura.


Figura 8. Termómetro de suelo.

Lectura de los Termómetros

→La lectura de los termómetros deberá de hacerse en el menor tiempo posible, para evitar los cambios de temperatura debidos a la presencia del mismo observador.→La altura del ojo del observador deberá estar en línea recta y frente al menisco o índice


Figura 5. Menisco de un termómetro de mercurio en tubo de vidrio.

Termógrafos mecánicos

Termógrafo bimetálico. En este instrumento el movimiento de una plumilla registradora está controlado por el cambio de la curvatura de una tira bimetálica, uno de cuyos extremos está firmemente unido a un brazo adjunto a la montura. El brazo debe tener un mecanismo de ajuste de tal modo que el instrumento pueda ser calibrado. El elemento bimetálico debe estar protegido contra la corrosión, lo cual puede hacerse con una capa de cobre, níquel o cromo, por galvanoplastia. La constante de respuesta de 25 segundos para una velocidad del viento de 5 m s-1.


Termómetros eléctricos

Su principal virtud es su capacidad de dar una señal de salida adecuada para ser utilizados en lecturas a distancia, registrar, almacenar o transmisión de datos de temperatura. Los sensores más utilizados son elementos de resistencia eléctrica, termistores y termopares.


Termómetros de resistencia eléctrica.

Para medir la temperatura se utiliza la medida de la resistencia eléctrica de un material cuya resistencia varía con la temperatura de una manera conocida. Para pequeños cambios de la temperatura, el cambio en la resistencia de los metales puros es proporcional a este cambio;


Requisitos de un termómetro de resistencia ☼No debe cambiar sus propiedades físicas y químicas en el rango de la medida,☼La resistencia cambiara uniformemente al cambiar la temperatura, la humedad, corrosión física, no deberán alterar sensiblemente su resistencia☼Su resistividad no deberá cambiar con el tiempo (mínimo 2 años).☼Su resistividad y su coeficiente térmico de resistividad deberán ser los adecuadamente grandes para que sean eficaces en un circuito de medida


Resistencias de termistores.

Es un semiconductor que tiene un coeficiente de resistencia térmico relativamente grande, y puede ser positivo o negativo dependiendo del tipo de material. Se utilizan mezclas de óxidos metálicos conglomerados, en forma de discos, barras o esferas recubiertos de una capa de vidrio. La relación se expresa en la siguiente ecuación;


Termopares

Las combinaciones Cobre-Constantan o hierro-constantan resultan adecuadas ya que la fuerza electromotriz producida por grado Celcius, es mayor que otros metales que se utilizan en la industria a temperaturas elevadas. 35-42 y 54-63 V/°C respectivamente para un rango de temperatura de -40°C a 40°C. El voltaje es proporcional a la diferencia de temperatura entre los dos métales diferentes. Las juntas termoeléctricas pueden realizarse mediante soldadura ordinaria, soldadura con latón, y soldadura autógena por galvanoplastia.


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