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Manual de instrucciones del sensor de flujo térmico HFS
Introducción
Los sensores de flujo término pueden utilizarse para medir y cuantificar la energía térmica
por unidad de área que atraviesa la superficie de un sistema. Además, también sirven
para medir la transferencia de calor en sistemas de calefacción, ventilación y aire
acondicionado (HVAC), para analizar aislamientos y sistemas de refrigeración, y otras
innumerables tareas térmicas.
Descripción del sensor de flujo térmico
Los sensores de flujo térmico HFS-5, HFS-6 y UHFS-09 cuentan con un diseño de
termopila de diferencia de temperatura con la que miden la energía térmica por unidad
de área, el denominado "flujo térmico", que se desplaza por su superficie. Todos los
sensores HFS incorporan un termopar de tipo T integrado que puede utilizarse para
realizar mediciones de temperatura. La sensibilidad de cada sensor está indicada en el
correspondiente certificado de calibración, suministrado junto con él. Los procedimientos
de calibración de estos sensores cumplen con las disposiciones de la norma C1130 de
la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM) y se indican en una sección
posterior del presente manual.
Índice del manual de instrucciones
1
Instrucciones de uso de un sensor de flujo térmico
Breve descripción del uso del sensor de flujo térmico
3
Mediciones de la señales del sensor
3
Medición de la tensión de flujo térmico
3
Medición de tensión de termopar
4
Comprobación del funcionamiento del sensor de HFS y
solución de problemas
4
Montaje del sensor
6
Desmontaje del sensor de las superficies de medición
6
HFS
-
5
HFS
-
6
UHFS
-
09
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Manual de instrucciones del sensor de flujo térmico HFS
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2
Conversión de mediciones en flujo térmico y temperatura
Medición de la temperatura con el termopar de tipo T
6
Dependencia de la temperatura del sensor de flujo térmico
HFS
6
Cálculo del flujo térmico
7
Cálculo de la sensibilidad del sensor de flujo térmico
8
3
Conformidad normativa
Conformidad con la Directiva RoHS
9
Conformidad con el Reglamento REACH
10
Conformidad con la CE
11
Lista de símbolos utilizados en el presente manual
Término que representa el
símbolo
Símbolo
Unidades
imperiales
Unidades
métricas o
del Sistema
Internacional
Flujo térmico
q"
BTU/(pies2-h)
W/m2
Resistencia eléctrica
Ω
Ohmios o kiloohmios
Salida de tensión
ΔV
V, mV o µV
Sensibilidad del sensor de
flujo térmico
S
µV/BTU/(pies2-h)
µV/(W/m2)
Temperatura
T
°F
°C
Diferencia de temperatura
ΔT
°F
°C
Sensibilidad del sensor de
flujo térmico a una
determinada temperatura
S a T °C
µV/BTU/(pies2-h)
µV/(W/m2)
Factor de multiplicación de la
sensibilidad
MF
No existen unidades
Gradiente de temperatura
dT/dx
°F/pie
°C/m
Grosor del material
Δ
Pies
m
Conductividad térmica
λ o k
BTU/(pies2-h)/°F
W/(m-K)
Resistencia térmica
R"
°F/BTU/(pies2-h)
(m2-K)/W
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Manual de instrucciones del sensor de flujo térmico HFS
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Factores de conversión de unidades
Término
Método de conversión
Flujo térmico
1 W/m2 = 0,317 BTU/pie2-h
Sensibilidad del
sensor
1 µV/(W/m2) = 3,155 µV/(BTU/[pie2-h])
1 µV/(W/m2) = 10 mV/(W/cm2)
Sección 1: Instrucciones de uso de un sensor de flujo térmico
A continuación se indica cómo utilizar un sensor de flujo térmico para la realización de
mediciones de temperatura. Las presentes instrucciones están previstas para el uso
general del producto. Es posible efectuar los cambios que procedan en función de las
correspondientes condiciones de medición a fin de garantizar la máxima precisión para
las mediciones en la aplicación del usuario.
Breve descripción del uso del sensor de flujo térmico
1. Verifique que el sensor funcione correctamente llevando a cabo comprobaciones
de funcionamiento sencillas.
2. Coloque el sensor en la superficie de medición.
3. Conecte los cables del sensor de flujo térmico y los cables del termopar integrado
a un voltímetro de precisión o un dispositivo de adquisición de datos de precisión.
4. Efectúe una serie de mediciones y anote los resultados correspondientes. Para
ello, efectúe una lectura de las señales de tensión de CC analógicas de los
cables.
5. Regule la sensibilidad del sensor de flujo térmico en función de la temperatura
del propio sensor y la función de dependencia de temperatura (no es necesario
hacerlo en los sensores UHFS-09). La sensibilidad de cada sensor se indica en
el correspondiente certificado de calibración, además de la función de
dependencia de temperatura.
6. Calcule el flujo térmico una vez regulada la sensibilidad.
7. Si fuera necesario, retire el sensor de la superficie de medición, con mucho
cuidado de no dañarlo.
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Manual de instrucciones del sensor de flujo térmico HFS
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Mediciones de la señales del sensor
La salida del HFS es una tensión de CC linealmente proporcional al flujo térmico
absorbido por el sensor. Del mismo modo, el termopar de tipo T utilizado para las
mediciones de temperatura superficial del HFS emite una tensión de CC de salida
proporcional a la diferencia de temperatura entre la superficie del sensor y el punto en el
que se efectúa la medición de tensión. Es posible medir las señales de tensión de CC de
salida con cualquier voltímetro de precisión o sistema de adquisición de datos de otro
fabricante con microvoltios (μV) de resolución. El diseño estructural del HFS permite
realizar mediciones tanto de flujo térmico como de temperatura por medio de cuatro
cables.
Medición de la tensión de flujo térmico
Para medir la tensión de salida del sensor generada por la absorción de flujo
térmico del sensor (ΔV
q"
), conecte el borne positivo (+) del dispositivo de medición de
tensión al cable al cable de color rojo brillante y el borne negativo (−) al cable de color
blanco. La polaridad de estos cables no importa demasiado, dado que el flujo térmico es
positivo o negativo en función de la orientación del sensor.
Medición de tensión de termopar
En todos los sensores HFS hay un termopar integrado con el que medir la
temperatura superficial del sensor. Medir la salida de tensión con el termopar ofrece una
indicación de la diferencia de temperatura entre el punto de medición de temperatura de
la superficie superior del sensor y el punto de medición de la tensión. Es necesario
efectuar una medición adicional de temperatura en el punto de medición de la tensión
para calcular la temperatura absoluta del sensor. Esta temperatura de referencia se
denomina "compensación de unión fría" y suele estar incorporada en los sistemas de
adquisición de datos.
Conecte el cable de constantán de color rojo más oscuro a un borne negativo (−)
del dispositivo de medición de tensión. El cable positivo (+) del dispositivo de medición
de tensión debe conectarse al cable de cobre de color azul.
Comprobación del funcionamiento del sensor de HFS y solución de problemas
Es posible realizar un par de pruebas sencillas distintas para verificar que el HFS funcione
correctamente. Es recomendable efectuarlas antes de montar el sensor y después de
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Manual de instrucciones del sensor de flujo térmico HFS
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hacerlo para evitar efectuar mediciones erróneas con un sensor que hay podido sufrir
daños durante el manejo y haber quedado defectuoso.
1. Medición de la resistencia eléctrica del sensor de flujo
térmico:
Conecte un ohmímetro a los cables de color rojo brillante y blanco para medir la
resistencia eléctrica del sensor de flujo térmico. Debe ser inferior a 1000 Ω en los
sensores HFS-5 e inferior a 5 kΩ en los HFS-6 y UHFS-09. Si la resistencia es
muy superior a estos valores, es posible que haya algún problema con el sensor
correspondiente. Es posible que el valor de resistencia sea levemente superior en
caso de que la longitud de los cables sea superior a la normal de 3 m (10 pies). Si
la resistencia eléctrica es infinita (existencia de discontinuidad), es indicativo de
que el sensor de flujo térmico está averiado.
2. Medición de la resistencia eléctrica del termopar:
Conecte un ohmímetro de resistencia eléctrica al cable de constantán de color rojo
más oscuro y al cable de cobre azul. La resistencia eléctrica debe ser de
aproximadamente 50 Ω con nuestra longitud normal de 3 m (10 pies) del cable. Si
los cables son más largos, la resistencia será superior. La resistencia normal del
cable es de 16 Ω por metro (5 Ω por pie). Si la resistencia eléctrica es infinita
(existencia de discontinuidad), es indicativo de que el termopar está averiado.
3. Medición de la tensión de salida con un sensor sin absorción
de flujo térmico:
Si fuera posible, con un dispositivo de medición de tensión conectado a los cables
de flujo térmico, mida la tensión de salida de flujo térmico mientras el sensor no
esté absorbiendo ningún flujo térmico. Una situación sencilla de recrear es dejar
el sensor sin montar en las condiciones ambientales correspondientes, por
ejemplo, suelto sobre una mesa. La lectura de tensión de CC analógica de la
tensión de salida de flujo térmico debe ser de aproximadamente 0,0 μV (puede
haber una diferencia de ±5 μV como consecuencia del ruido eléctrico).
4. Medición de la tensión de salida de un sensor con inducción
de flujo térmico: un método sencillo de verificar que el HFS funcione más
o menos correctamente es mediante la inducción física de un flujo térmico.
Coloque el sensor HFS sobre una superficie metálica y apoye firmemente
la palma de la mano abarcando toda la superficie del sensor. El valor de
tensión de CC de salida resultante debe rondar 1,0 mV en un HFS (este
valor puede variar más de un 20 %, en función de la correspondiente
situación). También es posible dar la vuelta al sensor para obtener una
señal de tensión de CC de salida del signo contrario (positivo [+] o negativo
[−]).
5. Medición de la tensión de salida del termopar:
Si el punto en el que se encuentra el sensor y en el que va a medirse la tensión
se encuentran a la misma temperatura, la tensión de salida del termopar debe ser
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Manual de instrucciones del sensor de flujo térmico HFS
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de aproximadamente cero microvoltios (esta situación de medición suele ser difícil
de conseguir). Esta prueba solo es necesaria raras veces, dado que la resistencia
eléctrica del termopar debe ser suficiente como para realizar mediciones.
6. Verifique que el número de serie del sensor coincida con el
indicado en el certificado de calibración. Compruebe dos veces que el
número de serie del sensor de flujo térmico coincida con el indicado en el
certificado de calibración. De este modo, se asegurará de emplear una
sensibilidad adecuada para el sensor que vaya a utilizar. El número de
serie del sensor debe estar indicado en una etiqueta colocada en los
cables.
Montaje del sensor
La manera de montar el sensor de flujo térmico depende de la tarea para la que vaya a
utilizarse. Se consiguen unos resultados óptimos si el sensor se coloca en superficies
lisas y limpias. El objetivo general es colocar el sensor HFS de forma que quede adherido
firmemente y en contacto total con la superficie de contacto, tan uniformemente como
sea posible. De este modo, se reduce la resistencia térmica por contacto entre la
superficie de medición y el sensor, y, por consiguiente, se consigue una mayor precisión
para las mediciones. Se recomienda utilizar una de las técnicas de montaje indicadas a
continuación; no obstante, es posible ajustarlas en función de la correspondiente
configuración de medición.
Método de montaje 1: cinta adhesiva de doble cara
La cinta adhesiva de doble cara está disponible fácilmente en el mercado y es el
método idóneo para una colocación provisional en superficies macizas. Si va a
utilizar cinta adhesiva de doble cara, verifique que la superficie de medición esté
limpia. Coloque la cinta de doble cara sobre la zona de montaje y apriete el sensor
contra la cinta de manera firme y uniforme. Si va a utilizar varios trozos de cinta
adhesiva de doble cara, evite que se superponga consigo misma.
Método de montaje 2: pegamento termoconductor
Es posible utilizar pegamento termoconductor para montar el HFS de forma
permanente. Antes de proceder al montaje, limpie tanto la superficie de medición
como la del sensor. Esparza una capa fina y uniforme de pegamento
termoconductor por toda la superficie del sensor. Aplique presión al sensor de
manera continua y uniforme hasta que el pegamento se haya secado. Si intenta
retirar el sensor de la superficie una vez pegado, es muy probable que lo destruya.
Método de montaje 3: pasta térmica
Solo es posible utilizar pasta térmica si el sensor se mantiene fijado en la posición
correspondiente con una presión continua y uniforme durante la realización de
mediciones. Un ejemplo de situación adecuada es en caso de utilizar el sensor
para realizar mediciones de transferencia de calor por conducción estando
colocado entre dos superficies que ejerzan presión contra él y lo mantengan en
su posición. Es posible aplicar pasta térmica entre el sensor y cada una de las
superficies a fin de reducir al mínimo la resistencia térmica por contacto. Un
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Manual de instrucciones del sensor de flujo térmico HFS
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producto recomendado es la pasta térmica OmegaTherm 201, disponible en
Omega. Opcionalmente, se ha llegado a utilizar pasta de dientes cuando no ha
habido ningún otro producto disponible y ha funcionado bastante bien.
Otro método consiste en aplicar una fina capa de pasta térmica entre el sensor y
la superficie de medición. Seguidamente, se coloca cinta adhesiva sobre toda la
superficie del sensor para mantenerlo apretado contra la superficie.
Desmontaje del sensor de las superficies de medición
Solo se recomienda desmontar el HFS de la superficie de medición en caso de
haber utilizado un adhesivo provisional, como pasta térmica o cinta adhesiva de doble
cara. Otros métodos con mayor potencia de adhesión pueden provocar que este se
rompa en caso de retirarlo.
NOTA IMPORTANTE: Cuando vaya a desmontar el sensor, retire con mucho cuidado el
lado con los cables con una mano y, con la otra, separe el extremo opuesto para evitar
doblarlo en la medida de lo posible. Si el sensor se dobla ligeramente, el
funcionamiento no se verá afectado. No obstante, debe evitarse retirarlo con
brusquedad de las superficies y doblarlo por la fuerza repentinamente.
Sección 2: Conversión de mediciones en flujo térmico y temperatura
Medición de la temperatura con el termopar de tipo T
Es posible registrar las mediciones de temperatura efectuadas con termopar
con un medidor de termopares capaz de efectuar mediciones en unidades de tipo T
con compensación de uniones frías. (Medidor recomendado: Omega DP41-TC).
Dependencia de la temperatura del sensor de flujo térmico HFS
Las señales de salida de los sensores de flujo térmico HFS-5 y HFS-6 dependen
en cierta medida de la temperatura del propio sensor. Esta dependencia implica que la
sensibilidad de estos sensores se ve levemente modificada a temperaturas diferentes.
Los sensores UHFS-09 no presentan esta dependencia. Omita esta sección en caso
de utilizar un sensor de este modelo.
Todos los sensores se calibran mientras se encuentran una temperatura de base
de 25 °C (77 °F). La sensibilidad a esta temperatura está registrada en la hoja de
calibración que se suministra con cada sensor de flujo térmico. A continuación se muestra
un ejemplo de sensibilidad de calibración (S
Calib
) rodeado de un círculo rojo.
Si va a utilizar el sensor de flujo térmico a una temperatura distinta de 25 °C
(77 °F), le recomendamos regular la sensibilidad para compensar la dependencia de
temperatura siguiendo las instrucciones indicadas a continuación.
Considere el valor de temperatura T°C de cada medición en el momento
correspondiente junto con la sensibilidad calibrada S
Calib
para calcular la sensibilidad del
flujo térmico a dicha temperatura concreta S
a T
°C
.
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Manual de instrucciones del sensor de flujo térmico HFS
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a ℃
= . .× = [0,00334 ×
℃
+ 0,917 ] ×
Cálculo del flujo térmico
Con las mediciones de tensión de CC obtenidas de los cables de flujo térmico (de
color blanco y rojo brillante) es posible calcular los valores de flujo térmico utilizando la
sensibilidad regulada del correspondiente sensor y la siguiente ecuación,
donde q" es el valor de flujo térmico absorbido por el sensor, ∆Vq" es la tensión de salida
del flujo térmico del sensor HFS y S
a T
°C
es la sensibilidad del sensor regulada conforme
a la temperatura del sensor en el momento concreto.
Por ejemplo: se obtiene un valor de tensión de 1,80 mV en los cables de flujo térmico
y la sensibilidad calibrada del sensor está establecida en 0,90 µV/(W/m2); además,
se ha observado que el sensor se encuentra a 30 °C a partir de los cables del
termopar en el momento correspondiente. El flujo térmico se calcula como se
indica a continuación.
1. En primer lugar, regule la sensibilidad en función de la temperatura que
haya observado en el sensor a partir del termopar de tipo T integrado.
(Omita este paso en caso de estar utilizando un sensor UHFS-09).
2. Seguidamente, calcule el flujo térmico utilizando el valor de sensibilidad
regulada y la tensión obtenida en los cables de flujo térmico.
MF = 0,00334 × T
°
C
+ 0,917
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
-50
-30
-10
10
30
50
70
90
110
130
Temperatura del sensor (°C)
Factor de multiplicación de la sensibilidad comparado con
Temperatura del sensor (25
°
C en origen).
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Manual de instrucciones del sensor de flujo térmico HFS
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Cabe señalar que es posible medir tanto tensiones positivas como negativas con el
sensor HFS. Los valores de tensión negativos y positivos hacen referencia únicamente
a que el desplazamiento del flujo térmico está produciéndose en sentido inverso.
Cálculo de la sensibilidad del sensor de flujo térmico
La sensibilidad del sensor es la tensión de salida inducida por el sensor dividida
por el flujo térmico conducido a través del sensor.
Con un dispositivo de calibración personalizado, es posible calcular el flujo térmico a
partir de la diferencia de temperatura observada en las mediciones y la resistencia
térmica estándar de referencia del material.
Es posible calcular la sensibilidad del sensor dividiendo la tensión de salida del propio
sensor por el flujo térmico.
Seguidamente, es posible regular la sensibilidad como corresponda en función de la
temperatura.
T°C es la temperatura del sensor en grados centígrados y S
Calib
es la sensibilidad calibrada
del sensor indicada en la tabla anterior.
Sección 4: Conformidad normativa
Declaración de conformidad con la Directiva RoHS 3
Directiva (UE) 2015/863 del Parlamento Europeo y del
Consejo del 4 de junio de 2015 de Restricción de ciertas Sustancias Peligrosas
en aparatos eléctricos y electrónicos.
En la Directiva 2015/863 se disponen diez (10) sustancias restringidas. La concentración
máxima por peso de cada sustancia se indica a continuación.
Sustancia
Concentración máxima1
Plomo (Pb)
0,1 %2
Mercurio (Hg)
0,1 %
Cadmio (Cd)
0,01 %
Cromo hexavalente (Cr VI)
0,1 %
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Bifenilos polibromados (PBB)
0,1 %
Éteres de difenilo polibromado (PBDE)
0,1 %
Bis(2-etilhexil)ftalato (DEHP)
0,1 %
Butilbencilftalato (BBP)
0,1 %
Dibutilftalato (DBP)
0,1 %
Diisobutilftalato (DIBP)
0,1 %
1
Sustancias restringidas y valores de concentración máximos tolerados por peso en
materiales homogéneos
2
Exención 6(a): el plomo empleado como elemento aleante en aceros con fines de
mecanizado y en aceros galvanizados con hasta un 0,35 % de su peso en plomo;
Exención 6(b): el plomo empleado como elemento aleante en aluminios con hasta un
0,4 % de su peso en plomo; Exención 6(c): las aleaciones de acero con hasta un 4 % de
su peso en plomo, y Exención 7(c)-I: componentes eléctricos y electrónicos con contenido
de plomo en vidrio o cerámica distintos de cerámica dieléctrica de condensadores (p. ej.,
dispositivos piezoeléctricos) o en un compuesto de matriz vítrea o cerámica.
Todos los sensores de flujo térmico HFS-5, HFS-6 y UHFS-09 cumplen con la
Directiva RoHS 3 de la siguiente manera:
Estado de conformidad con la Directiva RoHS 3: conforme
El cumplimiento con la Directiva RoHS de cualquier producto está designado conforme a
pruebas aportadas por el productor (el fabricante) de que el correspondiente número de
cuenta cumple con la Directiva RoHS. Se han tomado todas las medidas prudentes para
verificar las afirmaciones del productor y cualquier otra prueba relativa a la ausencia de
sustancias restringidas probatoria de la solicitud de conformidad del fabricante. Conforme al
análisis efectuado de los registros de manufactura y la información técnica pertinentes, el
presente producto, a nuestro saber leal y entender, no contiene ninguna de las sustancias
restringidas en cantidades que superen los límites dispuestos anteriormente.
Autorizante: ___________________ Fecha: ________________
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Declaración de conformidad con el Reglamento REACH
Directiva CE n.º 1907/2006 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 18 de
diciembre de 2006, relativa al registro, la evaluación, la autorización y la
restricción de las sustancias y preparados químicos (REACH), por el que
se crea la Agencia Europea de Sustancias y Preparados Químicos, se
modifica n.º la Directiva 1999/45/CE y se derogan el Reglamento (CEE) no
793/93 del Consejo y el Reglamento (CE) n.º 1488/94 de la Comisión así
como la Directiva 76/769/CEE del Consejo y las Directivas 91/155/CEE,
93/67/CEE, 93/105/CE y 2000/21/CE de la Comisión
En esta Directiva se disponen cuáles son las sustancias restringidas. Lista de sustancias
candidatas extremadamente preocupantes (SVHC):
http://echa.europa.eu/chem_data/authorisation_process/candidate_list_table_en.asp
Todos los sensores de flujo térmico HFS-5, HFS-6 y UHFS-09 cumplen con el
Reglamento REACH de la siguiente manera.
Estado de conformidad con el Reglamento REACH: conforme
El cumplimiento con el Reglamento REACH de cualquier producto está designado conforme
a pruebas aportadas por el productor (el fabricante) de que el correspondiente número de
cuenta cumple con el Reglamento REACH. Se han tomado todas las medidas prudentes para
verificar las afirmaciones del productor y cualquier otra prueba relativa a la ausencia de
sustancias restringidas probatoria de la solicitud de conformidad del fabricante. Conforme al
análisis efectuado de los registros de manufactura y la información técnica pertinentes, el
presente producto, a nuestro saber leal y entender, no contiene ninguna de las sustancias
restringidas en cantidades que superen los límites dispuestos anteriormente.
Autorizante: ___________________ Fecha: ________________
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DECLARACIÓN UE DE CONFORMIDAD
Nombre de la empresa: Omega Engineering Inc.
Dirección: 800 Connecticut Ave, Suite 5N01, Norwalk, CT
06854
Número de teléfono: 1-888-826-6342
Dirección de correo electrónico: [email protected]
Declaramos bajo nuestra exclusiva responsabilidad la conformidad del producto:
Objetos de la declaración
Números de modelo del producto: HFS-5, HFS-6 y UHFS-09
El objeto de la declaración descrita anteriormente es cumplir con la legislación de
armonización de la Unión Europea correspondiente:
Directiva 2014/32/UE
Se han aplicado las siguientes normas armonizadas y especificaciones técnicas:
RoHS 2015/863
4 de
junio de
2015
EN50581:2012
1
de noviembre
de
2012
Firmado por y en nombre de:
Omega
Engineering Inc.
18/07/2019
Rande Cherry CTO
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