Читать книгу Eficiencia energética en las instalaciones de calefacción y acs en los edificios. ENAC0108 - Francisco José Entrena González - Страница 11

Como ya se ha estudiado, la temperatura debe expresarse en el SI en grados Kelvin; sin embargo, en la actualidad existen varias escalas termométricas que, dada su importancia en diferentes campos de la ciencia, siguen manteniéndose como válidas. Es por ello indispensable conocer las distintas escalas y tener la capacidad de convertir los valores a cada una de ellas.

La ciencia que se encarga del estudio de la variación térmica es la termometría, y el instrumento empleado para ello es el termómetro.

Termómetro de mercurio

La existencia de las distintas escalas gráficas o termómetros se debe a que cada uno de ellos parte desde distintas ideas de sus creadores y, por tanto, desde distintos puntos de medición. La transformación de valores entre las distintas escalas es posible porque todos guardan una misma relación, la medición de la variación térmica de un cuerpo respecto de otro, lo que significa que si tratamos de medir la temperatura de un cuerpo, la variación térmica que se produzca entre el entorno y el cuerpo o sistema será siempre la misma, independientemente de la escala empleada.

La construcción de un termómetro es posible gracias al Principio Cero de la Termodinámica, enunciado por Ralph H. Fowler, quien expuso que “si un sistema A está en equilibrio con otro sistema B y este a su vez está en equilibrio con un sistema C, entonces los sistemas A, B y C están en equilibrio térmico entre sí”.

Proceso de medición de temperatura mediante un termómetro

Ejemplo

Supongamos que tenemos un termómetro, que es un sistema y queremos medir agua en un vaso que procede de la nevera, que en este caso sería otro sistema “B”. Si se introduce el termómetro en el vaso, ambos sistemas se equilibrarían rápido y al ser la masa del termómetro menor que la del vaso obtendría rápidamente el valor de la temperatura sin producir alteración. No obstante, a medida que vaya pasando el tiempo, la temperatura del agua irá equilibrándose con la del entorno o sistema “C”, y finalmente tanto el agua como el termómetro y el entorno tendrán la misma temperatura.

Además del principio cero de la termodinámica, un termómetro debe presentar las siguientes características:

1 Una masa muy pequeña con respecto al sistema a medir, de esta forma se evita la alteración de la medida por culpa del propio termómetro.

2 Facilidad de variación, para obtener unos valores lo más rápido posible.

3 Capacidad de dilatación termométrica del material empleado como medidor.

Tipos de escalas termométricas

Aunque existe una gran variedad de escalas termométricas, las más empleadas son las siguientes.

Escala Celsius o centígrada

Recibe el nombre de escala Celsius en honor a su creador, Anders Celsius, quien empleó como valor cero (0 °C) el punto de fusión del agua a 1 atm de presión, es decir, la temperatura a la cual el agua pasa de estado sólido a líquido bajo una presión de 1 atm, y como valor 100 °C el punto de ebullición del agua.

Escala Fahrenheit

La escala Fahrenheit (°F) está muy extendida en los países anglosajones por su utilización en meteorología. Esta escala tiene como punto de partida (0 °F) la mezcla de sal de amonio con hielo, y como referencia superior el punto de ebullición del agua fijado a 212 °F.

La conversión de los valores en la escala Fahrenheit al Sistema Internacional requiere de la aplicación de una proporcionalidad directa.

Escala Kelvin

La escala Kelvin (K) o escala absoluta de temperaturas se adoptó para el Sistema Internacional debido a que se establece como cero absoluto el punto térmico en el que desaparece el movimiento interno de las moléculas, siendo este un punto de referencia independiente a valores de presión.

Importante

En el Sistema Internacional no existen temperaturas bajo cero, ya que 0 °K es el cero absoluto y, por tanto, un límite físico.

Escala Rankine

La escala de temperaturas Rankine (R) mide en grados Fahrenheit sobre el cero absoluto, consiguiendo de esta manera una escala en grados Fahrenheit con valores siempre positivos.

Esta escala se usa en termodinámica para ciclos térmicos, sobre todo en Estados Unidos, aunque, debido a los fenómenos de internacionalización de las medidas, cada vez más está quedando en desuso en favor del Sistema Internacional.

Actividades

3. Además de los termómetros de mercurio, existe una gran cantidad de aparatos para la medida de temperaturas. Realice una investigación sobre dichos aparatos y recoja en una tabla las ventajas e inconvenientes que presenta cada uno.

Conversión de medidas entre las diferentes escalas termométricas

Debido a la existencia de varias escalas térmicas y su utilización en diferentes campos de la ciencia, así como en la vida cotidiana, se hace necesario conocer el proceso de conversión de la temperatura en las diferentes escalas termométricas.

Tabla de equivalencia entre escalas térmicas
Escala	Unid.	Equivalencia	Ecuación S.I.	Ecuación
S.I.	K	-	-	t(°C) = T(K) - 273
Celsius	°C	0 °C = 273 K	T(K) = t(°C) + 273	-
Fahrenheit	°F	0 °F = 255,37 K	T(K) = (t(°F) + 459,67)/1,8	T(°C) = (t(°F) - 32)/1,8
Rankine	R	OR = OK	T(K) = (5/9)*t(R)	T(°C) = (5/9)*(t(R) - 491,67)

Aplicación práctica

La empresa EcoClima S. L., donde usted trabaja, se dedica al diseño de instalaciones de calefacción/refrigeración, adaptación de calderas, etc. Esta semana se ha firmado el contrato para la ejecución de una instalación de calefacción de un hotel, y los compañeros de diseño de instalaciones le han pedido, como encargado del material, que seleccione una caldera que trabaje dentro de los parámetros que le han aportado. Del catálogo de calderas que dispone, usted ha eliminado aquellas que no cumplían con las especificaciones de potencia y como resultado han quedado las siguientes tres opciones.

Temperatura de funcionamiento
Rango	Mín.	Máx.
Lomoostic	45 °F	55 °F
Ecomatic	335 K	355 K
BioClima	590 R	614 R

Seleccione aquella que trabaje dentro del rango de temperatura comprendido entre 50 °C y 70 °C.

SOLUCIÓN

Para saber si cumplen con el rango de temperaturas, es necesario convertir los valores de la tabla a °C.

1 La primera caldera presenta la temperatura en grados Fahrenheit, por lo que será necesario aplicar la ecuación:Sustituyendo, se obtiene:Valor que está fuera del rango, por tanto queda descartada.

2 La segunda caldera presenta la temperatura en el Sistema Internacional, cuya ecuación es:Sustituyendo, se obtiene:El valor mínimo se encuentra dentro del rango, ahora vamos a calcular el valor máximo:Al encontrarse fuera del rango, queda descartada también.

3 Ahora vamos a calcular el rango de temperatura de funcionamiento para la caldera BioClima. En este caso, los valores están en grados Rankine, cuya ecuación es:Sustituyendo, queda:Como podemos comprobar, se encuentra dentro del rango de funcionamiento. Por tanto, la caldera que debemos elegir es la caldera BioClima.