Escalas de temperatura

Contenido

1. ¿Qué es la temperatura?
2. La Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90)
3. Los puntos fijos del ITS-90
4. Resumen

¿Qué es la temperatura?

Comprender cómo se define la temperatura es una base clave para la termometría con termopares y por resistencia. Aunque el concepto pueda parecer simple, la temperatura es una de las magnitudes físicas más complejas de definir y medir con precisión.

En metrología, se requiere un sistema de unidades de referencia para permitir comparaciones precisas. La temperatura es una de las siete magnitudes básicas definidas por el Sistema Internacional de Unidades (SI). Sin embargo, a diferencia de otras magnitudes básicas como la longitud o la masa, la temperatura no puede medirse directamente. Debe inferirse a partir de otras propiedades físicas medibles, como la resistencia, la presión o la tensión.

La unidad estándar de temperatura es el kelvin (K), definido como 1/273.16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua — la condición única en la que el agua existe simultáneamente en fases sólida, líquida y de vapor. Esto corresponde a 0.01°C en la escala Celsius. Las escalas Celsius y Kelvin tienen intervalos idénticos; la única diferencia es el punto de partida, siendo 0 K equivalente a -273.15°C.

Tradicionalmente, el punto de hielo (0°C) y el punto de vapor (100°C) se han utilizado como temperaturas de referencia convenientes. Sin embargo, en la medición de precisión, estos puntos de referencia pueden variar ligeramente debido a factores como la presión atmosférica y la saturación de aire. Por ejemplo, el punto triple del agua se define en ausencia de aire, mientras que el punto de hielo implica agua saturada de aire a presión estándar.

La investigación moderna ha introducido puntos fijos alternativos, como el punto triple del galio (~30°C), que puede ofrecer mayor reproducibilidad en condiciones de laboratorio. Estos desarrollos ayudan a perfeccionar la exactitud y la fiabilidad de la medición de temperatura.

La Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90)

La evolución de las escalas internacionales de temperatura ha desempeñado un papel crucial en la termometría moderna. La primera norma ampliamente adoptada, ITS-27, se introdujo en 1927 y proporcionó un marco para una medición de temperatura coherente mediante puntos fijos y sensores calibrados. Abarcaba desde -200°C (apenas por debajo del punto de ebullición del oxígeno) hasta 1,065°C (el punto de congelación del oro), con termómetros de resistencia de platino (PRT) utilizados hasta 445°C y termopares Pt-10%Rh vs Pt (Tipo S) especificados para temperaturas más altas.

En 1968, fue sustituida por IPTS-68, que introdujo fórmulas de interpolación mejoradas y un rango de temperatura más amplio. Sin embargo, persistieron desafíos, especialmente en la región de 630–961°C, donde los termopares introducían errores de interpolación y discontinuidades.

El 1 de enero de 1990 se adoptó la Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90), lo que representó un avance significativo en precisión y facilidad de uso. Las mejoras clave incluyeron:

• Ampliación de la termometría de resistencia de platino hasta 961.78°C (punto de congelación de la plata), eliminando la necesidad de termopares en este intervalo
• Eliminación gradual de los termopares (p. ej., Tipo S) como instrumentos definitorios debido a su reproducibilidad limitada (±0.2°C), sustituidos por PRT más precisos
• Eliminación de puntos fijos obsoletos, incluidos los puntos de ebullición del neón, el oxígeno y el agua
• Ampliación del rango de temperatura hasta 0.65 K mediante termometría de presión de vapor
• Ecuaciones de interpolación más precisas para mejorar la precisión entre puntos fijos
• Introducción de subrangos, permitiendo calibrar los PRT en intervalos limitados, reduciendo la exposición a temperaturas extremas

El ITS-90 divide la escala de temperatura en cinco rangos superpuestos, cada uno con su propia técnica de medición:

• 0.65 K a 5 K utilizando la presión de vapor del helio
• 3 K a 24.5561 K mediante termometría de gas a volumen constante
• 13.8033 K a 273.16 K utilizando termometría de cociente con puntos triples
• 0°C a 961.78°C utilizando termómetros de resistencia de platino calibrados
• Por encima de 961.78°C utilizando termometría de radiación basada en la ley de Planck

Si bien termopares como los tipos S, R y B ya no forman parte de la escala definitoria, siguen utilizándose como patrones secundarios y para mediciones prácticas de temperatura en toda la industria.

El ITS-90 no es una representación perfecta de la temperatura termodinámica, pero es la escala más precisa y estable jamás implementada, y forma la base de la calibración y la trazabilidad de temperatura en todo el mundo.

Los puntos fijos del ITS-90

Resumen

• La temperatura no puede medirse directamente y debe inferirse a través de propiedades físicas relacionadas.
• El kelvin es la unidad del SI para la temperatura, definida utilizando el punto triple del agua.
• La escala ITS-90 proporciona un método aceptado internacionalmente y de gran precisión para la medición de la temperatura en un amplio rango.
• La termometría de resistencia ha reemplazado en gran medida a los termopares en aplicaciones de alta precisión debido a su superior reproducibilidad.

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