RESUMEN

En esta prctica se demuestra, a travs del uso experimental de tres (3) instrumentos de medicin de temperatura, cul de estos (termmetro de mercurio, termmetro bimetlico y termopar) es ms exacto al momento de realizar una medida. Para esto se realiz un experimento que consiste en colocar agua en un vaso precipitado al cual se le suministra calor a travs de una cocinilla elctrica. Luego, en intervalos fijos de tiempo, se tomara las temperaturas en dichos instrumentos para as reunir datos, los cuales seran tabulados y con ellos elaborar las curvas de calentamiento del agua, as como unas curvas de calibracin para el termmetro bimetlico y el termopar tomando como instrumento patrn el termmetro de mercurio (Hg). Se realiz el anlisis correspondiente con el fin de identificar y conocer a dichos instrumentos de medicin y as saber cul es el ms preciso a la hora de tomar temperaturas, donde por procesos comparativos puede concluir que el termmetro bimetlico es el ms preciso entre estos instrumentos de medicin de temperatura.

NDICE Pg.RESUMENiNDICEiiINTRODUCCINiiiOBJETIVO GENERAL1OBJETIVOS ESPECFICOS1MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS2PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL3RESULTADOS4ANALISIS DE RESULTADOS6CONCLUSIONES7RECOMENDACIONES8BIBLIOGRAFIA9APENDICE A: EJEMPLO DE CLCULOS10APENDICE B: ASIGNACIN11APENDICE C: ANEXOS18ANEXOS19

INTRODUCCIN

Hoy en da con los avances de la ciencia, han surgido diversas formas de medir la temperatura de un fluido, facilitando as las labores durante los experimentos realizados; sin embargo, es de suma importancia conocer algunos instrumentos que representan la base de conocimiento para un ingeniero, en este caso son: el termmetro bimetlico, el termmetro de mercurio y el termopar (termocupla).

Estos instrumentos anteriormente sealados poseen caractersticas diferentes por lo que su aplicacin vara dependiendo del mbito o desarrollo experimental. De esta forma, se presentan curvas comparativas respecto a cada uno de los instrumentos debido a su precisin para su posterior utilizacin.

El presente informe estar orientado a la utilizacin de estos dispositivos para medir temperatura y su comparacin respecto al instrumento tomado como patrn de medida, para as establecer la calibracin o exactitud de los mismos, durante la realizacin de la prctica de laboratorio.

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OBJETIVO GENERALFamiliarizar al estudiante de Ingeniera Mecnica con distintos instrumentos usados para medir temperatura.

OBJETIVOS ESPECFICOS Aprender el principio de funcionamiento de los instrumentos de medicin de temperatura utilizados en la prctica. Identificar la aplicacin ms adecuada de los diferentes instrumentos utilizados. Realizar mediciones correctas con los instrumentos utilizados. Realizar las curvas de calibracin de los termmetros.

MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOSMATERIALES:

Agua Hielo 2 Soportes universales 2 Pinzas Cronmetro Vaso precipitado

EQUIPOS:

Termmetro de MercurioMarca: GH ZealApreciacin: 1CCapacidad: 110C

Termmetro BimetlicoMarca: WestonApreciacin: 5CCapacidad: 300C

TermoparMarca: Digital Multimeter DMB-203Apreciacin: 0,1mV

Cocinilla ElctricaMarca: CORNINGVoltaje: 110vPotencia: 500 wattModelo: PC-351 hotplate-stirrerRango de temperatura: 25 - 520CFrecuencia: 50/60 Hz

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALSe agreg agua al vaso precipitado y se coloc sobre la cocinilla elctrica.

Se sujet el termmetro de mercurio con una pinza de modo que el nivel de agua coincidiera con el cero de su escala, en este mismo sujetador se coloc el termopar, con otra pinza se fij el termmetro bimetlico parcialmente sumergido, se ubicaron de forma aislada para evitar la transferencia de calor con las pinzas.

Una de las puntas del termopar se sumergi parcialmente en el agua, mientras que los extremos no enroscados se introdujeron en el envase aislante que contiene hielo y agua fra.

Las puntas que se encontraban en el envase aislante se conectaron al medidor al multmetro, de manera que la variacin de temperatura se midiese como diferencia de potencial. Se tom una medida inicial (cocinilla apagada) a un tiempo de cero segundos, se encendi la cocinilla y se tomaron las medidas de temperatura en intervalos de sesenta segundos. Esto hasta llegar al punto de ebullicin de agua (100C), donde las medidas se mantuvieron constantes a travs del tiempo.

Luego se procedi a apagar la cocinilla y el multmetro digital.

Con los datos obtenidos se procedi a graficar la curva de calentamiento del agua y las curvas de calibracin del termmetro bimetlico y el termopar respecto a termmetro de mercurio.

RESULTADOS

Figura 1: Grafica de temperatura-tiempo. T=f(t)

Figura 2: Grafica de temperatura-temperatura. (calibracion)

Figura 3: Grafica de temperatura-temperatura. (calibracion)

Figura 4: Grafica de f.e.m. temperatura para el termopar

ANALISIS DE RESULTADOSEn la Figura 1 se observa un grfico en el que se denota la variacin de la temperatura es los diferentes instrumentos de medida (termmetro de mercurio, termmetro bimetlico, termopar) en funcin del tiempo. En el termmetro de mercurio se puede apreciar una curva en donde los valores de temperatura son muy cercanos entre s a travs del tiempo. En el termmetro bimetlico y el termopar las curvas son ms parecidas, a pesar de no notarse muy bien debido a la escala escogida. Del grfico se puede decir que los tres instrumentos de medida son muy parecidos a pesar de la variacin de algunos datos al momento de realizar la medida.En la Figura 2 se muestra la curva de calibracin de un termmetro bimetlico tomando al termmetro de mercurio como instrumento patrn. En ella se puede apreciar una tendencia lineal de un instrumento calibrado, con la presencia de una pequea dispersin de datos debido a la toma errada, por parte de la persona que estaba de turno al momento de apreciar los valores de temperatura. En la Figura 3 se aprecia una curva de calibracin de un termopar tomando al termmetro de mercurio como instrumento patrn, el cual presente una tendencia lineal tpica de un instrumento calibrado. En esta curva se observa que los valores de temperatura van aumentando de manera lineal con respecto a la temperatura del mercurio. Cabe destacar que un pequeo cambio en la temperatura del ambiente puede ocasionar algunos desvos en la grfica.Comparando la Figura 4 con la Figura 1.C en el cual se encuentran los distintos materiales con el que puede estar compuesto un termopar, se puede concluir que el material utilizado en el termopar es de hierro-constantan (Tipo J) ya que las pendientes de ambas rectas dan valores prximos.

CONCLUSIONES

Se aprendi a utilizar los instrumentos de medicin de temperatura, como el termmetro de mercurio, el termmetro bimetlico y el termopar.El termmetro de mercurio funciona por la dilatacin del mercurio, en su interior, al aumentar la temperatura. Debe estar totalmente sellado.El termmetro bimetlico trabaja con dos placas metlicas de distintos coeficientes de dilatacin, que con el aumento de temperatura se genera un movimiento entre ellos. Pero como su principio es mecnico, tiende a desajustarse.El termopar funciona con dos alambres metlicos que al estar a una temperatura especfica genera una diferencia de potencial.Se determin por comparacin de la curva de comportamiento de termopares registradas que el material del termopar usado es Hierro-Constantan (Tipo J).

RECOMENDACIONES

Al momento de calibrar un instrumento, se debe seleccionar como patrn un instrumento de menor apreciacin; se hizo con el termmetro de mercurio con respecto a los otros.De los instrumentos utilizados, se recomienda, principalmente, utilizar el termmetro de mercurio para medir temperaturas bajas, debido a que es el que posee menor apreciacin (1C).El instrumento de mayor capacidad es el termopar, por eso se recomienda utilizar para medir temperaturas elevadas (mayores a 100C).El personal que maneja los instrumentos de medicin deben permanecer atentos al momento de tomar los valores medidos, para evitar un alto porcentaje de error humano.

BIBLIOGRAFIA

CENGEL, Y. Y BOLES, M. (1998).Termodinmica. McGraw Hill, 3ra edicin.

Pyromation, inc (s/f). Type J Thermocouple-thermoelectric voltage as a function of temperature (C); reference junctions at 0 C [Documento en lnea]. Disponible en: http://www.unirioja.es/cu/lzorzano/Emfj_c.pdf [Consulta Octubre 12, 2012]Osuna, S. (s/f). Transductores: sensores y actuadores [Documento en lnea]. Disponible en: http://www.profesaulosuna.com/data/files/ELECTRONICA/INSTRUMENTACION/SENSORES/Transductores.pdf [Consulta Octubre 13, 2014]Wikipedia (2014). Termmetro de mercurio. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B3metro_de_mercurio [Consulta Octubre, 2014]

APENDICE A: EJEMPLO DE CLCULOS Calibracin de la curva del termmetro bimetlico: Utilizando el termmetro de mercurio (Hg) como instrumento patrn, y aplicando mnimos cuadrados para obtener una aproximacin a una recta.Notacin: Termmetro de Mercurio (x); Termmetro bimetlico (y)TABLA DE MNIMOS CUADRADOS

xyx2x*y

414016811640

424017641680

454020251800

504025002000

554530252475

585033642900

645540963520

686046244080

746554764810

787060845460

847870566552

888077447040

908581007650

949088368460

969092168640

10095100009500

10095100009500

10095100009500

1327121310559197207

Pendiente:

Punto de corte con el eje y:

APENDICE B: ASIGNACIN1.- DEFINA: TEMPERATURA, CALOR Y CALOR ESPECFICO

1. Temperatura: Se define como una magnitud escalar relacionada con la energa interna de un sistema termodinmico, definida por el principio cero de la termodinmica. Es una propiedad de la materia que est relacionada con la sensacin de calor o fro que se siente en contacto con ella y que puede ser medida, especficamente, con untermmetro. Cuando tocamos un cuerpo que est a menos temperatura que el nuestro sentimos una sensacin de fro, y al revs de calor. Sin embargo, aunque tengan una estrecha relacin, no debemos confundir la temperatura con el calor.

1. Calor: Elcalores el proceso de transferencia deenergaentre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintastemperaturas. El calor es una forma deenerga que los cuerpos almacenan (energa interna) que ocurre en funcin del estado de vibracin de sus molculas y depende de su estructura. El calor pasa del cuerpo ms caliente al ms fro. Cuando ambos cuerpos se hallan a la misma temperatura (equilibrio trmico) ya no hay ms transferencia de calor. Incluso los objetos ms fros poseen algo de calor porque sus tomos se estn moviendo.

1. Calor Especfico: es una magnitud fsica que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinmico para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). La relacin entre calor y cambio de temperatura se expresa normalmente en la siguiente frmula:

Q=cmT

Dnde:Q= calor aadido.C= calor especfico.m= masa.T= variacin de temperatura.

Esta frmula no se aplica si se produce un cambio de fase, porque el calor aadido o sustrado durante el cambio de fase no cambia la temperatura.

2.- EN QUE SE BASA LA ESCALA DE TEMPERATURA ABSOLUTA.

LaTemperatura absolutaes elvalorde latemperaturamedida con respecto a una escala que comienza en elcero absoluto(0 K 273,15C). Veremos que la existencia de una escala absoluta de temperaturas es consecuencia del Segundo Principio de la Termodinmica. Por el momento basta recordar los siguientes puntos bsicos:1. Existen dos unidades bsicas para medir temperatura en forma absoluta: el gradoKelvin[K]y el gradoRankine[R]. En magnitud 1K = 1C y 1R = 1F.1. El 0K = -273,15C1. Es la temperatura ms baja posible.

La teora cintica de la materia brinda la posibilidad de establecer una escala de temperaturas cuyo cero no sea arbitrario (como en el caso de la escala centgrada, por ejemplo). El razonamiento sera el siguiente:

1. Si la temperatura de una sustancia es proporcional a la energa de sus partculas (tomos, molculas) el cero de temperaturas debera fijarse all donde las partculas no tuvieran energa. Esto es, cuando estuvieran totalmente quietas. 1. Este es el criterio para fijar el cero de la escala absoluta de temperaturas, cuya unidad es el kelvin (K).

3.- NOMBRE Y DESCRIBA LOS DIFERENTES INSTRUMENTOS MEDIDORES DE TEMPERATURA.

1. Termmetros de columna: La gran mayora de las sustancias se dilatan a dimensiones mayores cuando se calientan y se contraen a las dimensiones anteriores si se enfran a la misma temperatura anterior, este efecto se utiliza para construir los termmetros de columna.Estos termmetros constan de un tubo capilar (muy fino) devidriocerrado en un extremo, y con un bulbo lleno de lquido coloreado en el otro, al que se le ha practicado vaco. 1. Termmetros a presin de gases: Un bulbo lleno con gas es la parte principal del sensor de temperatura que se coloca dentro del volumen al que quiere medirse la temperatura. Un fino tubo capilar conduce la presin del gas en el bulbo al manmetro, cuya escala ya ha sido calibrada en grados de temperatura. El termmetro de gas de volumen constante es muy exacto, y tiene un margen de aplicacin extraordinario: desde -27 C hasta 1477 C. Pero es ms complicado, por lo que se utiliza ms bien como un instrumento normativo para la graduacin de otros termmetros.

El termmetro de gas a volumen constante se compone de una ampolla con gas, helio, hidrgeno o nitrgeno, segn la gama de temperaturas deseada. Los gases al calentarse y enfriarse se dilatan y contraen, y como en este caso, el gas de trabajo est confinado a un volumen cerrado el efecto que se produce es el incremento y la disminucin de la presin cuando se incrementa y reduce la temperatura.

1. Termmetros a presin de vapor: Los termmetros a presin de vapor de lquido tienen la misma construccin de los de presin de gasesexcepto que el bulbo est lleno con un lquido voltil. Otra diferencia significativa con el termmetro a gases es que en este caso la escala no est dividida a distancias iguales.

1. Termmetros bimetlicos: Una tira compuesta por dos chapas de metal de diferentes coeficientes de dilatacin ("bimetal"), laminadas entre s en forma inseparable, se deforma a consecuencia de un cambio de temperatura. La curvatura resultante es casi proporcional al cambio de temperatura.

1. Termmetros a termo resistencia: Estos termmetros se basan en el cambio de resistencia elctrica de las sustancias conductoras de la electricidad cuando cambia su temperatura. Como elemento sensor de estos termmetros pueden usarse conductores metlicos o semiconductores.

Los conductores metlicos cambian ligeramente su resistencia elctrica cuando cambian de temperatura; Los semiconductores tienen el efecto contrario, disminuyen notablemente la resistencia elctrica con el aumento de la temperatura.

1. Termmetros termopares: Un par trmico (o pila termoelctrica) consta de dos cables de metales diferentes unidos, que producen un voltaje que vara con la temperatura de la conexin.

Cuando se sueldan en un extremo dos conductores de diferente naturaleza, y esta unin soldada se somete a una temperatura diferente a la de los extremos libres se produce una pequea diferencia de voltaje en estos extremos libres. Se emplean diferentes pares de metales para las distintas gamas de temperatura, siendo muy amplio el margen de conjunto: desde -248 C hasta 1477 C. El par trmico es el termmetro ms preciso en la gama de -631 C a 1064 C y, como es muy pequeo, puede responder rpidamente a los cambios de temperatura.

1. Pirmetros de radiacin: El pirmetro de radiacin se emplea para medir temperaturas muy elevadas. Se basa en el calor o la radiacin visible emitida por objetos calientes y mide el calor de la radiacin mediante un par trmico o la luminosidad de la radiacin visible, comparada con un filamento de tungsteno incandescente conectado a un circuito elctrico. El pirmetro es el nico termmetro que puede medir temperaturas superiores a 1477 C.

1. Pirmetros de absorcin-emisin: Se utilizan para determinar la temperatura de gases. Estos pirmetros se basan en el hecho de que los gases pueden absorber en mayor o menor medida las radiaciones electromagnticas de ciertas longitudes en dependencia de su temperatura. Para la medicin, el pirmetro emite un haz de radiaciones electromagnticas calibradas que se hacen pasar a travs del gas, luego se mide la intensidad y se compara con la original, las prdidas de radiacin permiten obtener la temperatura del gas.

1. Termmetros de radiacin infrarroja: Los termmetro infrarrojos pueden detectar las radiaciones no visibles y convertirlas a un valor de temperatura en una escala o en una pantalla digital utilizando captadores muy sensibles que pueden determinar las radiaciones de cuerpos relativamente fros. Son aparatos electrnicos bastante complejos.

4.- EXPLIQUE EL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN TERMOPAR.

El principio de funcionamiento del termopar - efecto termoelctrico. Se basa en la medicin de que la diferencia de potencial es proporcional a la diferencia de temperatura resultante de los conductores de diferentes materiales. El voltaje generado guarda una relacin fija con la diferencia de temperatura entre el punto fro y el punto caliente. Designacin directa de los termopares de medida temperaturas muy altas. En primer lugar hay un termopar Cromel-Kopel (TCA), que se utiliza a temperaturas no superiores a 800 C, el segundo ms grande de cobre-Kopel, seguido en orden descendente -. El hierro-Kopel (hasta 760 C) Estabilidad prolongada de termopares con caractersticas termoelctricas y el uso de electrodos de Copel puede mantener la capacidad de la aleacin a una temperatura no superior a 500 C.

5.- CMO VARIARAN LOS RESULTADOS DEL EXPERIMENTO DE CALIBRACIN DEL TERMOPAR, S NO SE HUBIESE USADO HIELO EN LA PUNTA FRA?

Al no usar hielo en la punta fra del termopar, los resultados no fueran los mismos, debido a que el termopar funciona con la variacin de la diferencia de potencial que se registran entre 2 cuerpos a temperaturas diferentes. 6.- QU SON Y CMO SE MIDEN LAS TEMPERATURAS ESTTICAS Y DINMICAS DE UN FLUIDO EN MOVIMIENTO?

La temperatura Esttica: es la que existe slo en virtud de la energa interna del aire. Si una proporcin de la energa interna se convierte en energa cintica, la temperatura esttica consecuentemente disminuir. Esaquellaquepermaneceaproximadamenteconstantementereferencindosea losfluidosconvelocidades despreciables en los cuales se puede aproximar a la temperatura total.Temperatura Dinmica: Corresponde al aumento de temperatura del gas al llevarlo de forma adiabtico hasta el reposo esta temperatura viene expresada por el trmino.

7.- LA CAPACIDAD DE CALOR ESPECIFICO DE UN SISTEMA DURANTE UN CIERTO PROCESO VIENE DADA POR CN=(0.4+0004.T) KJ/KG.C. SI LA MASA DEL GAS ES DE 6 KG Y SU TEMPERATURA CAMBIA DE 25 A 125 DETERMINE: (A) EL CALOR TRANSFERIDO, Y (B) EL CALOR ESPECFICO MEDIO DEL GAS.

(A)Q= q=70 kJ/kG Q= Q=q*m

Q=0.4+0.004 Q= 420KJ(B)

= (0.4+0.004(125) =(0.4+0.004(25)0.9 =0.5

Cn==0.7KJ/KG

8. Una escala de temperatura de cierto termmetro est dada por la relacin T=a donde a y b son constante y p es la propiedad termomtrica del fluido en el termmetro. Si, el punto de hielo y en el punto de vapor, las propiedades termomtricas se determinan por 1.5 y 7.5 respectivamente Cul ser la temperatura correspondiente a la propiedad termomtrica de 3.5 en la escala Celsius?

T=a

Para

Calcules T=? Para p=3.5

De I b=-a.; saturado

100=a.-a 100=a.(-)

d== 62.1335 b= -25.93

T= (62.1335.-25.193)= 52.64

10. Se desea calibrar un termopar de platino contra uno de platino-rodio y se utilizaran en el intervalo de temperatura descrito como intervalo de 3 en la norma ITS-90. Durante la calibracin, las lecturas de la FEM (FUERZA ELECTROMOTRIZ) del termopar en microvoltios son 5858,9147 y 1033 en los puntos de congelacin del aluminio, plata y del oro, respectivamente. Suponga una relacin polinomial de la forma.

FEM=Co+C1*T+C2*T2

Determine la temperatura si el termopar registra una lectura de 7500VPunto de congelacin del aluminio: 933,473 KPunto de congelacin de la plata: 1234,93 KPunto de congelacin del oro: 1337,33 KSe construye un sistema de ecuaciones:5858=Co+933,473*C1+(933,473*C2)29147=Co+1234,93*C1+(1234,93*C2)21033=Co+1337,31*C1+(1337,31*C2)2Al resolver este sistema utilizando Calculadora HP 50g se obtienen los valores de C:Co: -261647,73C1: 494,93C2: -0,223Sustituyendo:FEM=-261647,73+494,93*T-0,223T2Se evala la fuerza electromotriz a la que se desea la temperatura y se resuelve como una ecuacin de segundo grado utilizando la calculadora antes mencionada, obteniendo:T1= 1266,27T2= 953,14

APENDICE C: ANEXOSMUESTRA DE DATOS

Tiempo (s)Termmetro de Mercurio (C)Termmetro Bimetlico (C)MultmetroDigital (mV)MultmetroDigital (C)

041401,938

604240240

12045402,244

18050402,448

24055452,652

30058502,856

36064553,162

42068603,366

48074653,672

54078703,876

6008478480

66088804,386

72090854,590

78094904,692

84096904,896

960100955100

1020100955100

1080100955100

ANEXOS

Montaje de equipos y materiales usados en el laboratorioFuente: Laboratorio de Termodinmica. UDO Anzotegui

Termmetro bimetlicoFuente: Laboratorio de Termodinmica. UDO Anzotegui

Figura C.1: Curva caractersticas f.e.m. temperatura de los termopares