medición de temperaturas
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Lima-Perú, Octubre de 2015
Medición de Temperaturas
Curso: Laboratorio de Ingeniería Mecánica I (MN412)
Sección: “A”
Profesor: MECHAN, Dante
Autores: ALVAREZ ZENTENO, Erick
ARCE LINARES, Diego
BEJARANO MICHE, Miguel
CARHUATANTA, Wolfran
JUSTINIANO MORAN, Álvaro
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
INTRODUCCIÓN
Para medir magnitudes necesita ser calibrado y los termómetros no son la excepción. En este
sentido, el presente informe de laboratorio se explaya sobre esto: la calibración de termómetros.
Para calibrar un termómetro se necesita de otro que sirva de base o patrón. En este caso en
particular, se ha utilizado una termocupla como termómetro patrón. Esto porque tiene una mayor
precisión que los otros cuatro.
Los termómetros que van a ser calibrados son: termómetro de inmersión total, dos termómetros
de inmersión parcial y un termómetro bimetálico. Cada uno de estos tiene sus propias
características y su propio rango de error. Por ende, el presente informe trata sobre las curvas de
calibración de estos.
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MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
MEDICIÓN DE TEMPERATURA
OBJETIVOS
Aprender a usar los distintos tipos de instrumentos de medición de temperatura
Seleccionar el instrumento adecuado para efectuar mediciones.
Obtener las curvas de calibración de los instrumentos.
Interpretar correctamente el uso de dichas curvas.
FUNDAMENTO TEÓRICO
DEFINICIÓN DE TEMPERATURA
La temperatura es una propiedad física que se refiere a las nociones comunes de calor o ausencia de calor, sin embargo su significado formal en termodinámica es más complejo, a menudo el calor o el frío percibido por las personas tiene más que ver con la sensación térmica, que con la temperatura real. Fundamentalmente, la temperatura es una propiedad que poseen los sistemas físicos a nivel macroscópico, la cual tiene una causa a nivel microscópico, que es la energía promedio por partícula.
La temperatura es una propiedad intensiva, es decir que no depende del tamaño del sistema, sino que es una propiedad que le es inherente y no depende ni de la cantidad de sustancia ni del material del que este compuesto.
TIPOS DE TERMÓMETRO
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MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
TERMÓMETRO DE VIDRIO
Funciona por la dilatación de un líquido alojado en un bulbo, que se visualiza en un capilar cuyo pequeño diámetro permite apreciar grandes variaciones de la longitud del fluido dilatado para un determinado volumen.
Errores:
1. Los que se generan por la dilatación del tubo de vidrio.
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Fig. N° 1 Temperaturas para diferentes líquidos
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
2. Los que se deben al tiempo de inmersión del bulbo.
3. Los que se deben a la falta de uniformidad de la superficie transversal del capilar.
4. Los que se deben a la profundidad de inmersión, etc.
En aplicaciones industriales se protege los termómetros con una vaina o cubierta de metal, que puede ser acero (generalmente inoxidable) o bronce, latón, aluminio, níquel.
El vidrio tiene una forma convexa que permite ampliar mediante efecto óptico el ancho del capilar lleno de fluido al efecto de visualizar más fácilmente la temperatura.
El espacio entre el bulbo y la vaina se rellena de algún material altamente conductor térmico como un aceite de silicona, o fino polvo de cobre o bronce para obtener constantes de tiempo lo más pequeñas posibles, por ejemplo del orden del medio segundo. En los últimos años se han desarrollado encapsulados transparentes de teflón a fin de evitar contaminaciones en caso de rotura. Los termómetros se calibran para ser usados de diversos modos por ejemplo:
Inmersión Parcial
Se sumerge el bulbo en el fluido cuya temperatura se quiere medir.
Inmersión Total
Se sumerge toda la columna de líquido de medición.
Inmersión completa
Se sumerge todo el termómetro.
Los termómetros de mercurio pueden tener electrodos que le permitan una o más salidas eléctricas puntuales, uno de los electrodos va en el bulbo y los otros a distintas temperaturas fijas.
Los termómetros de máxima tienen una restricción a la salida del bulbo que impide el fácil retorno del mercurio a l mismo. Se debe agitar en forma violenta el termómetro para lograr este retorno.
Aplicación clásica de lo antedicho es el termómetro clínico.
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MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
TERMÓMETRO BIMETÁLICOS
Dentro de los termómetros bimetálicos se encuentra la tira bimetálica, la cual está formada por dos metales diferentes soldados entre sí en forma longitudinal.
Cuando se calientan ambos metales se dilatan, como uno de ellos tiene mayor coeficiente de expansión, la tira se dobla.
Para que se produzca un movimiento apreciable dentro de un espacio pequeño, se arrolla estas cintas bimetálicas en helicoides. El extremo libre de esta cinta acciona un eje que tiene una aguja indicadora.
Se usan mucho en la industria por ser fácil de leer y es más robusto que del bulbo.
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Fig. N° 2 Termómetros de Inmersión
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
En general se colocan dentro del tubo dos espirales concéntricos de sentidos contrarios para eliminar efectos no deseados, y tener longitudes grandes para obtener elevadas sensibilidades.
TERMOCUPLAS
Una termocupla es un sensor para medir temperatura. Consiste en dos cables de metales distintos, conectados en un extremo donde se produce un pequeño voltaje asociado a una temperatura. Ese voltaje es medido por un termómetro de termocupla.
Una corriente fluye en un circuito continuo de dos alambres de distintos metales, si las conexiones o uniones se encuentran a temperaturas distintas. La corriente será proporcional a la diferencia de temperatura entre las dos uniones.
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Fig. N° 4 Temperaturas para termómetros bimetálicos
Fig. N° 3 Termómetro Bimetálico
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
En la figura, el instrumento actúa como conductos entre los dos alambre A y B para formar una juntura. Cuando los alambres no forman ellos mismos una juntura fría, es común hablar de una juntura de referencia.
Dado que los alambres aptos para formar termocuplas son caros, es común insertar alambres de cobre entre la juntura caliente y la de referencia, en particular cuando la distancia entre ellas es grande. El uso de un tercer metal en el circuito no afecta la precisión de la determinación de la temperatura; siempre que haya sido igual la temperatura en todas las uniones del tercer metal con los metales de la termocupla.
Hay dos métodos comunes para la determinación de la f.e.m. producida por la diferencia de temperatura. Uno de ellos es el método del galvanómetro y el otro, el método del potenciómetro.
El método del galvanómetro se basa en el hecho de que la lectura de un galvanómetro es proporcional a la corriente que circula por él. Este tipo de instrumento se usa mucho en la industria.
MATERIALES UTILIZADOS
Termocupla: Fisher Scientific (-40 – 1200° C) Error: 0.01 °C
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Fig. N° 5 Termocupla
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
Termómetro de inmersión total: Premiere (20 – 150° C) Error: 1° C.
Termómetro de inmersión parcial 1: (-10 – 250° C) 76mm altura de inmersión. Error: 1° C
Termometro de inmersión parcial 2: Propper Trophy (-10 – 150° C) 3” altura de inmersión. Error 1° C.
Termómetro bimetálico: Roto Therm (-30 – 60). Error 1°C. Para gas y liquido (Inmersión: 2” liquido – 4” gas).
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Fig. N° 6 Termocupla
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
Maquina mezcladora de aceite para calibración de termómetros: AMINCO, AMERICAN INSTRUMENT COMPANY.
PROCEDIMIENTO
Reconocimiento de los instrumentos.
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Fig. N° 7 Termómetros utilizados en la experiencia
Fig. N° 8 Máquina para calibración
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
Escoger el termómetro patrón (termocupla).
Ubicar cada uno de los instrumentos en el lugar correspondiente del mezclador de
aceite.
Encender la máquina y medir la temperatura de cada instrumento en un intervalo de 5°
C.
Anotar los datos y especificaciones de los instrumentos.
CÁLCULOS Y RESULTADOS
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MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
Calibración de termómetros
Además:
Error Absoluto=Tmedida−Tpatrón
Error Relativo%=Tpatrón−TmedidaTpatrón
GRAFICO 1
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Tabla N° 1 Temperaturas obtenidas
INMERSIÓN PARCIAL (PATRÓN)
INMERSIÓN TOTAL I
BIMETÁLICOINMERSIÓN
TOTAL II
TP (°C) T1(°C) T2(°C) T3(°C)
40 40 35 39
45 44 39 43
50 50 43 48
55 55 49 54
60 59 53 59
65 64 57 64
70 68.5 62 69
75 74 67 74
80 78.5 73 79
85 83 76.5 83.5
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
GRAFICO 2
PARCIAL BIMETÁLICO Error relativo T2
Error absoluto T2
TP T2 %
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Tabla N° 3 Termómetro de Inmersión
Parcial y Termómetro Bimetálico
30 40 50 60 70 80 9030
40
50
60
70
80
90
Termómetro Patrón VS Termómetro Inmersión Total I
Curva id...
Termómetro inmersión total I (°C)
Ter
móm
etro
Pat
rón
(°C
)Tabla N° 2 Termómetro de Inmersión Parcial y
Termómetro de Inmersión Total I
PARCIAL TOTAL IError Relativo T1
Error absoluto T1
TP T1 %
40 40 0 0
45 44 2.22 -1
50 50 0.00 0
55 55 0.00 0
60 59 1.67 -1
65 64 1.54 -1
70 68.5 2.14 -1.5
75 74 1.33 -1
80 78.5 1.88 -1.5
85 83 2.35 -2
EProm=1.31 Eprom=-0.9
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
40 35 12.5 -5
45 39 13.33 -6
50 43 14.00 -7
55 49 10.91 -6
60 53 11.67 -7
65 57 12.31 -8
70 62 11.43 -8
75 67 10.67 -8
80 73 8.75 -7
85 76.5 10.00 -8.5
Eprom=11.56 Eprom=-7.05
GRAFICO 3
PARCIAL TOTAL II Error Relativo T3
Error absoluto T3
TP T3 %
40 39 2.5 -1
13
30 35 40 45 50 55 6030
35
40
45
50
55
60
Termómetro patrón VS Termómetro Bimetá-lico
Curva real
Termómetro bimetalico(°C)
Ter
móm
etro
Pat
rón
(°C
)
Tabla N° 4 Termómetro de Inmersión Parcial y
Termómetro Inmersión Total II
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
45 43 4.44 -2
50 48 4.00 -2
55 54 1.82 -1
60 59 1.67 -1
65 64 1.54 -1
70 69 1.43 -1
75 74 1.33 -1
80 79 1.25 -1
85 83.5 1.76 -1.5
Eprom=2.17 Eprom=-1.25
CONCLUSIONES
De las gráficas de calibración se desprende que el termómetro bimetálico está
descalibrado. Esto se evidencia en su curva de calibración en el GRÁFICO 2.
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30 40 50 60 70 80 9030
40
50
60
70
80
90Termómetro Patrón VS Termómetro Inmersión
Total II
Curva ideal
Termómetro inmersión total II (°C)
Ter
móm
etro
Pat
rón
(°C
)
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
Para el caso del termómetro de inmersión total I se observa que su error relativo
promedio es 1.31% (Tabla Nº2) lo que se interpreta como una desviación
pequeña del valor real, además notamos que es el que está mejor calibrado.
De la Tabla N° 4 se observa que para el termómetro de inmersión parcial II, el
porcentaje de error no llega al 2%, por lo que se deduce que su curva de
calibración es cercana a la ideal.
Para todas las curvas de calibración la desviación dependió del termómetro
patrón utilizado.
RECOMENDACIONES
Se recomienda medir la temperatura y presión a la cual se encuentra el
ambiente.
Para una mejor medición de la temperatura, usar lo menos que sea posible el termómetro bimetálico, pues como vemos en la gráfica Temperatura vs Lectura patrón, este presenta una mayor desviación (error).
BIBLIOGRAFIA
[1] Marks (2004) Manual del ingenierio mecánico. Lima
[2]Medidas de temperatura (1996) Calibración de termómetros.
ANEXOS
PROYECTO
USO
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MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
Por una tubería, expuesta al ambiente de agua pasará agua a un caudal cualesquiera a la temperatura de 80°C con un error de +- 3°C, con un diámetro de 4 pulgadas, seleccionar el termómetro adecuado para medir la temperatura en dicha tubería.
TIPO
1) Termómetro de vidrio o de líquidos:
Hechos con vidrio sellado, muestra la temperatura por medio del nivel al que llega el mercurio o alcohol en una escala graduada. Estos líquidos se dilatan y contraen debido a los cambios de temperatura. Generalmente, la escala de medición que usa es Celsius, aunque también se puede expresar en grados Fahrenheit. Actualmente estos termómetros contienen alcohol coloreado debido al peligro que significa el contacto con el mercurio.
2) Pirómetros o termómetros sin contacto:
Estos miden la temperatura a partir de la radiación de calor emanada por los objetos. Estos termómetros permiten utilizarse si tener que tocar los objetos, lo que permite medirlos cuando están en movimiento o alejados, así como también cuando sus temperaturas son muy elevadas.
3) Termómetros con lámina bimetálica:
Como su nombre indica, están compuestos por dos láminas de metálicas cuyos coeficientes de dilatación son diferentes. Cuando se produce un cambio de temperatura, una de las láminas se curva primero y este movimiento se traduce en una aguja que señala la temperatura.
4) Termómetros de gas:
Esta clase de termómetros puede funcionar tanto a volumen como a presión constante. Al poseer un sistema de medición muy preciso, suelen ser utilizados para ajustar otros termómetros.
5) Termómetros de resistencia:
Estos miden la temperatura a través de un alambre de platino que es unido a una resistencia eléctrica que cambia según la temperatura. Generalmente se usa para medir temperaturas exteriores, es muy preciso, aunque lento..
6) Termómetros digitales:
Estos termómetros miden la temperatura por medio de un circuito electrónico. La información que captan es enviada a un microchip que la procesa y la muestra numéricamente en la pantalla digital. Son de fácil uso, rápidos, precisos y económicos.
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MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
Sería complicado poner un termómetro de los vistos en el laboratorio, dicho termómetro, no debería ser móvil, sino fijo, pegado a la tubería, debe tener un medidor tal que tenga una buena facilidad de medida de temperatura, un error menor con hasta +-5°C, y que además de poder medir la temperatura de 80°C, sobrepase ese límite y pueda medir hasta una mayor temperatura.
Sabiendo estas especificaciones de nuestro termómetro llegamos a la conclusión que usaremos un termómetro tipo digital.
OPCIONES
SELECCIÓN
Elegimos el Sensor de abrazadera de tubo del tipo Rosemount 0085 porque:
Modelo: 0085 pt100 sensor de temperatura Uso: industrial
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Rosemount 0085
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
Rango de temperatura: -200 °C a 300 °C (-328 °F a 572 °F) Rango de temperatura ambiente: -50 °C a + 85 °C (-60 °F a 185 °F) Resistencia a la vibración: 3G Tamaño: 20 mm (1/2") a 1219 mm (48") pipe
PROVEEDOR
Rosemount 0085
Fabricado por: EMERSON PROCESS
Características
Diseño no intrusivo (que no penetra la tubería o la deforma) para medición de temperatura en forma rápida y sencilla en aplicaciones con tuberías
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MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
Sensores de temperatura RTD de platino con punta de plata o níquel Los conjuntos de temperatura integrados proporcionan ahorros en tiempo y costos El conjunto integrado con transmisor de temperatura 248 o 648 inalámbrico proporciona
flexibilidad de montaje y precisión únicas para equipo de montaje en campo a fin de realizar mediciones de temperatura en tuberías
Importante antes de la instalación
A continuación se muestra un sumario de los pasos necesarios para completar la instalación de un sensor de abrazadera de tubo.
1. Determinar si el sensor de abrazadera de tubo se debe colocar dentro del sistema de tubería.
2. Establecer la orientación adecuada, según lo determine la aplicación en cuestión. 3. Confirmar la configuración.4. Montar el sensor y apretar los pernos de la abrazadera. 5. Revisar el ajuste del conjunto del instrumento a la tubería. 6. Revisar que haga contacto completamente entre la punta del sensor de
termorresistencia y la tubería.7. Conectar el instrumento. 8. Suministrar alimentación al transmisor. 9. Comisionar el instrumento(comprende la realización de pruebas de funcionamiento y
comunicaciones bajo condiciones simuladas, las pruebas PRE-Arranque y las pruebas operacionales)
Instalación
Paso 1: determinar la orientación adecuada El sensor de abrazadera de tubo debe montarse en una posición segura para garantizar que no exista movimiento giratorio después de la instalación. El mejor procedimiento de montaje consiste en instalar el sensor verticalmente.
Paso 2: instalar el sensor de abrazadera de tubo Montar el sensor de abrazadera de tubo y apretar los pernos.
Paso 3: instalar el transmisor Para obtener información sobre la instalación del sensor-transmisor, consultar el manual adecuado correspondiente al transmisor.
Paso 4: comisionar el transmisor Para obtener información sobre el comisionamiento del transmisor, consultar el manual adecuado correspondiente al transmisor.
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MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
Ventajas
Los comprobados sensores de abrazadera de tubo proporcionan un excelente funcionamiento y fiabilidad
o La mayor precisión y la mayor estabilidado Menor tiempo de respuesta con punta de plata y níquel
Implementación e instalación sencillas en aplicaciones existentes o Disponible en una amplia variedad de tamaños de tubería y materiales o Instalación con solo dos pernos – no se necesita soldadura o Contacto superficial optimizado gracias al diseño de sensor cargado por resorte
Menor riesgo de fallos del sensor y de paradas no programadas o Evita las tensiones relacionadas con el caudal, la presión, el contacto con productos
químicos, la abrasión, la vibración y las curvaturas o Mantenimiento del sensor con parada del proceso
Logre la eficiencia óptima con una gama de transmisores Rosemount inalámbricos o Mida temperatura en cualquier parte
Tabla de pedidos
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MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS UNI-FIM
Señalamos el diámetro que queremos para hacer el pedido, en este caso sería de 4 pulgadas en la tubería, mandaremos el pedido a la empresa EMERSON PROCESS.
PRECIO
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Para saber el precio mandar un correo
silvia.rojas@emerson.com
Otros productos
Referencia
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