Laboratorio de Instrumentacin BsicaPractica 5 Medicin de Temperatura15/01/2015, II Termino AcadmicoBonifaz Martnez Jorge SantiagoFacultad de Ingeniera en Mecnica y Ciencias de la Produccin (FIMCP)Escuela Superior Politcnica del Litoral (ESPOL)Guayaquil - Ecuadorjbonifaz@espol.edu.ec

ResumenEn esta prctica se aprendi como determinar la temperatura de una sustancia utilizando distintos instrumentos, se aprendi a utilizar las tablas de termopares y se logr hallar la curva de calibracin de diferentes instrumentos de medicin de temperatura con respecto al patrn. En pocas palabras primero se diferenci cada instrumento de medicin, luego se calent el agua en el recipiente a una temperatura deseada y as anotarlas en base a un valor patrn. Luego de tomar las lecturas se enfri el sistema para poder tomar datos con los dems instrumentos. Utilizando un multmetro se midi el voltaje que generaban las termocuplas Tipo J (juntas fras y calientes). Con estos datos se pudo realizar las curvas de calibracin de las temperaturas obtenidas con los instrumentos y las tablas de voltajes.Palabras Clave: Temperatura, Voltaje, Termocuplas, calibracin.

AbstractIn this lab the student learned how to determine the temperature of a substance using different instruments, the student also learned how to use thermocouples tables and managed to find the calibration curve of different instruments to measure temperature with respect to the pattern. In few words, the student first had to differentiate each measuring instrument, then the student had to heat the water in the container at a desired temperature and so write them down based on a standard value. After taking the readings the system had to be cooled so the student can keep taking readings. Using a multimeter, the voltage generated by the thermocouples type J (hot and cold together) was measured. These data could be used to make calibration curves with temperatures given by the instruments and using voltage tables. Keywords: Temperature, Voltage, Thermocouples, calibration.

Introduccin.-En la prctica se utilizaron diferentes tipos de instrumentos para conocer la temperatura de una sustancia. Tambin se utiliz las tablas de termopares para determinar los voltajes de las juntas fras y calientes. Se comenzar explicando brevemente cada aparato utilizado.TermocuplaLas termocuplas son el sensor de temperatura ms comn utilizado industrialmente.Una termocupla se hace con dos alambres de distinto material unidos en un extremo (soldados generalmente). Al aplicar temperatura en la unin de los metales se genera un voltaje muy pequeo del orden de los mili volts el cual aumenta con la temperatura.Por ejemplo, una termocupla "tipo J" est hecha con un alambre de hierro y otro de constantn (aleacin de cobre y nickel)..Fig1.- Termocupla Tipo J

TermistorLos termistores, o resistores trmicos, son dispositivos semiconductores que se comportan como resistencias con un coeficiente de temperatura de resistencia. En algunos casos, la resistencia de un termistor a temperatura ambiente puede disminuir hasta un 6% por cada 1C que se eleve la temperatura. Dada esta alta sensibilidad al cambio de temperatura hacen al termistor muy conveniente para mediciones, control y compensar con precisin la temperatura. El uso de termistores est muy difundido en tales aplicaciones, en especial en el rango ms bajo de temperatura de -100C a 300C.

Fig2.- Termistores

Termmetro BimetlicoEl termmetro bimetlico es un instrumento utilizado para medir temperatura mediante la contraccin y expansin de dos distintas aleaciones metlicas de alto y bajo coeficiente de dilatacin.Los termmetros bimetlicos estn constituidos por un tubo en cuyo interior est colocada una espiral helicoidal bimetlica. Dicha espiral est soldada por un extremo a la parte inferior del tubo y por otra a una varilla de transmisin, a su vez conectada a una aguja indicadora.

Fig3.- Termmetro BimetlicoTermmetro de VidrioLos termmetros son instrumentos utilizados para medir la temperatura. El mtodo ms usado para medir la temperatura empleando termmetros es el fenmeno de la dilatacin de metales, principalmente el mercurio. El fenmeno de la dilatacin se basa en el estiramiento del metal cuando la temperatura aumenta. Para tener una medida correcta de la temperatura, a los termmetros se les agrega una graduacin que depende de la escala de temperatura en la que se desee obtener la medicin. Las escalas ms comunes son los grados Celsius y Fahrenheit.Materiales y MtodosLos materiales y equipos utilizados fueron:1) Aparato medidor de Flujo.2) Termistor, marca Cole- Palmer, con un rango de 50-125 C.3) Termmetro Bimetlico. 4) Termmetro de vidrio.5) Termmetro digital con termocupla tipo K (patrn).6) Multmetro.7) Termopila con junta tipo J.8) Reverbero (resistencia).

El procedimiento utilizado consista en diferenciar cada instrumento de medicin para no cometer errores al medir. Luego se calent el agua del recipiente hasta una temperatura deseada y se anot cada lectura dada por los instrumentos a partir de la toma del aparato patrn. Despus se baj la temperatura de la sustancia de trabajo en este caso agua, de poco a poco aadindole agua fra y agitndola para luego tomar lecturas con los dems instrumentos. Con las lecturas del multmetro y con el dato de la temperatura ambiente se midi el voltaje y la temperatura de las juntas calientes. Se utilizaron las tablas de termocupla tipo J para esto y se realizaron curvas de calibracin con los datos de temperatura dados por los instrumentos y tomando como valores actuales la del patrn. ResultadosDe la prctica se obtuvo datos de temperaturas de los siguientes aparatos:Termocupla Tipo K( C )Termmetro Bimetlico ( C )Termistor ( C )Termmetro de Vidrio ( C )

90,5

82,2

84,6

89

86,9 82,2 86,3 87

83,4 73,9 84,4 86

84 73,9 83 85

82,2 82,2 81,5 83

80 82,2 78,8 80

78 73,9 78 79

77,2 71,1 77 78

7576,774,876

Tabla 1.Se obtuvieron los siguientes datos de las juntas fras y calientes de la termocupla tipo J, sin olvidar de mencionar que se utiliz una temperatura ambiente de 27,25 C. Los voltajes de la junta fra y las temperaturas de las juntas calientes se las obtuvo utilizando tablas de termocupla tipo J e Interpolando.

Termopila Tipo J (mV)Voltaje de Junta fra (mV)Voltaje de Junta Caliente (mV)Temperatura de Junta Caliente ( C )

9,4

1,44,5

86,3

9,51,4 4,6 86,9

8,81,4 4,3 86,6

8,51,4 4,2 80,8

8,41,4 4,2 80,2

8,11,4 4,1 78,3

7,91,4 4,0 77,1

7,71,4 3,9 75,8

7,41,4 3,9 73,9

Tabla 2.Los voltajes de las juntas calientes fueron encontrados usando la siguiente ecuacin: (1)

En esta expresin V es el voltaje dado por la termopila Tipo J y VJF es el voltaje de junta fra dada por la tabla de termocupla tipo J. Para hallar este voltaje se utiliz la temperatura ambiente de 27,25 C.

El voltaje de junta fra es:VJF= 1,4 mVAl despejar el voltaje de junta caliente se obtiene la expresin:

Por ejemplo con el primer dato de la tabla 2 se obtiene que:

Para hallar la temperatura de junta caliente se toman los siguientes datos de la tabla de la termocupla tipo J y se procede a interpolar.V1=4,509 mV V2= 4,563 mVT1=86C T2= 87C

Despejando se obtiene que:TJC= 86,3 CCon este procedimiento se hallan los voltajes de junta calientes con sus respectivas temperaturas. La tabla de termocupla tipo J se encuentra en los anexos.Con estos datos obtenidos se procede a realizar las curvas de calibracin con respecto al valor patrn de la termocupla tipo K.

Fig 6. Curva de calibracin #3

Fig 4. Curva de calibracin #1

Fig 5. Curva de calibracin #2

Fig 7. Curva de calibracin #4

Discusin y ConclusionesEn esta prctica como las dems las discusiones y conclusiones se las hace de acuerdo a los objetivos propuestos en esta. Se propuso al estudiante que conozca la temperatura de una sustancia por medio de diferentes instrumentos, aprender a utilizar la tabla de termopares y hallar las curvas de calibracin de diferentes instrumentos de medicin con respecto a una temperatura patrn. Se puede concluir que la temperatura de una sustancia fue determinada ya que muchas de las curvas de calibracin realizadas con respecto a una temperatura patrn dan un comportamiento casi lineal a excepcin del termmetro bimetlico. Si se ve una buena linealidad en los datos se sabe que se cometieron menos errores al medir la temperatura. Se aprendi a utilizar las tablas de termocuplas de tipo J ya que se pudo obtener los valores de temperatura de las juntas calientes utilizando los voltajes obtenidos de la ecuacin 1. Esto se refleja en la curva de calibracin 4 en la que se observa un comportamiento casi lineal con los datos de temperatura patrn. Al analizar las curvas de calibracin se observa que todas presentan errores de calibracin de paralelismo y de multiplicacin. Los errores de paralelismo son de magnitud conste y van sumados al valor real de la magnitud. En cambio los de multiplicacin el valor indicado siempre esta multiplicado a una constante, es decir la pendiente de la curva ser distinta a la real. Suponga que el valor indicado y el valor actual deben seguir un comportamiento lineal de la forma Y=X. Se concluye que la curva calibracin que tenga el valor ms cercano a 1 como pendiente es el que menos error de multiplicacin posee; en cambio la curva a la cual se le suma el menor valor constante es el valor que menos errores de paralelismo posee. En este caso la curva 4 es la que posee menos errores de paralelismo y de multiplicacin y el que ms errores presento fue la del termmetro bimetlico.Los errores de paralelismo que se cometieron en la curva de calibracin del termmetro bimetlico pueden haber sido ocasionados por el mal estado de los metales que se contraen y expanden debido a los aumentos y disminuciones de temperatura. Los errores de multiplicacin obtenidos pueden ser debido a una des calibracin de las agujas indicadoras de este termmetro.Referencias BibliogrficasPaginas Web:[1]proton.ucting.udg.mx/temas/control/memo/MEMO.html[2] arian.cl/downloads/nt-002.pdfAnexosTabla de Termocupla tipo J.