informe # 1 temperatura parte ii
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Informe laboratorio 1TRANSCRIPT
1. OBJETIVOS.
1.1 Objetivo general
Familiarizar al estudiante de Ingeniería Mecánica con distintos
instrumentos usados para medir temperatura.
1.2 Objetivos específicos
Aprender el principio de funcionamiento de los instrumentos de
medición de temperatura utilizados en la práctica.
Identificar la aplicación más adecuada de los diferentes instrumentos
utilizados.
Realizar mediciones correctas con los instrumentos utilizados.
Realizar las curvas de calibración de los termómetros.
4
2. INTRODUCCIÓN.
En el campo de la instrumentación, las mediciones de temperatura son algo
frecuentes, sin embargo, si no se emplean las técnicas o los equipos
adecuados, estas mediciones pueden ser erróneas y por lo tanto pueden traer
consecuencias económicas o de cualquier otro tipo.
Existen diferentes instrumentos en el mercado actual para la medición de la
temperatura en donde el más común es el termopar por diferentes razones,
este instrumento es un dispositivo de estado sólido que se utiliza para convertir
la energía en voltaje, consta de dos metales diferentes empalmados en una
juntura. [1]. Las características que nos ofrece el termopar en cuestión de
medición de la temperatura son el amplio intervalo de temperatura de uso, su
robustez, la rápida respuesta a cambios de temperatura, versatilidad de uso y
su bajo costo.
El termopar fue descubierto por Thomas Seebeck en 1831. El descubrió que
una corriente eléctrica fluía en un circuito cerrado de dos metales distintos
cuando una de las uniones era calentada. La magnitud y dirección de la
corriente son función de la diferencia de temperatura de las uniones y de las
propiedades térmicas de los metales usados en el circuito.
También podemos encontrar otros instrumentos de medición de
temperatura como son el termómetro de mercurio y el termómetro bimetálico, el
primer instrumento mencionado puede funcionar en la gama que va de -39 °C
(punto de congelación del mercurio) a 357 °C (su punto de ebullición), con la
ventaja de ser portátiles y permitir una lectura directa [2]. El termómetro
bimetálico es empleado para la medida directa de temperatura, el elemento de
medida del termómetro bimetálico es una hélice metálica de respuesta rápida.
Es fabricado a partir de dos tiras de metal soldadas en frio con diversos
coeficientes térmicos de expansión, que se tuercen en función de la
temperatura [3]. Es importante resaltar que todos estos instrumentos de
medición de temperatura se diferencian entre sí por el ámbito en el cual son
empleados y de lo que se encargan de medir.
5
3. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS.
3.1 Equipos:
Termómetro de Mercurio:o Marca Ludwig Schneider
o Apreciación ± 1ºC
o Capacidad 200 ºC
Termopar:o Marca 4M Industries Inc.
o Apreciación ± 0,1 mV
o Capacidad 200 mV
o Serial 042387
Termómetro Bimetálico:o Marca Weston
o Apreciación ± 5ºC
o Capacidad 300ºC
Cronómetro:o Teléfono móvil marca Huwaei
Cocinilla Eléctrica:o Marca Jenway
o Modelo 1001 Hotplate
Multímetro Digital:o Modelo DMB 203
o Capacidad 1000 mV
o Apreciación ± 0,1 mV
3.2 Materiales:
Recipiente Plástico y Metálico. Agua. Hielo.
6
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
1. Se encendió la cocinilla eléctrica.
2. Luego se procedió después de encendida la cocinilla a registrar la
temperatura en cada termómetro empleado y la diferencia de
potencial generada a través del termopar. Esta medida corresponde
al minuto cero.(Ver figura 4.1)
3. Con la ayuda de un cronometro (celular) se midió en un intervalo de
un minuto de diferencia entre cada medida la variación de
temperatura y de potencial que se generaba en el agua.
4. Posteriormente una vez que la diferencia de temperatura y potencial
fue igual a cero (punto de ebullición del agua) se apagó la cocinilla.
Figura 4.1: Montaje del termopar
7
5. RESULTADOS
Tabla 5.1: Datos obtenidos del laboratorio referentes al experimento realizado.
Tiempo (min) Bimetalico (°C) Mercurio (°C) Termopar (mV)
0 25 30 1,4
1 25 29 1,5
2 30 31 1,6
3 30 34 1,7
4 35 38 1,9
5 40 41 2,1
6 40 45 2,3
7 45 50 2,5
8 50 54 2,7
9 55 58 2,9
10 55 61 3,1
11 60 65 3,3
12 65 69 3,5
13 70 74 3,7
14 70 76 3,9
15 75 80 4,1
16 80 83 4,2
17 80 87 4,4
18 85 89 4,5
19 85 91 4,7
20 90 94 4,8
21 90 96 4,9
22 95 97 5
23 95 99 5,1
24 95 99 5,1
25 95 99 5,1
8
20 30 40 50 60 70 80 90 1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Termometro Mercurio (°C)
Term
omet
ro B
imet
alico
(°C)
Grafica 5.1: Curva de calibración para el termómetro bimetálico (termómetro patrón: termómetro de mercurio).
20 30 40 50 60 70 80 90 100 1100
102030405060708090
100
Termometro Mercurio (°C)
Term
omet
ro B
imet
alico
(°C)
Grafica 5.2: Curva de calibración ajustada por mínimos cuadrados referente al
9
termómetro bimetálico
Ecuación de la Recta: Y= 0,9796X - 2,7404 (Ec.5.1)
20 30 40 50 60 70 80 90 100 1100
1
2
3
4
5
6
Termometro Mercurio (°C)
Term
opar
(mV)
Grafica 5.3: Curva de calibración para el termopar (termómetro patrón: termómetro de mercurio).
20 30 40 50 60 70 80 90 1000
1
2
3
4
5
6
Termometro Mercurio (°C)
Term
opar
(mV)
Grafica 5.4: Curva de calibración ajustada por mínimos cuadrados referente al termopar.
10
Ecuación de la Recta: Y= 0,0516X - 0,0477 (Ec.5.2)
Tabla 5.2: Datos de equivalencia entre milivoltios (mV) y grados centígrados (°C)
Multimetro (mV) Termopar (°C) Mercurio (°C)
1,4 28 30
1,5 30 29
1,6 32 31
1,7 34 34
1,9 38 38
2,1 42 41
2,3 46 45
2,5 50 50
2,7 54 54
2,9 58 58
3,1 62 61
3,3 66 65
3,5 70 69
3,7 74 74
3,9 78 76
4,1 82 80
4,2 84 83
4,4 88 87
4,5 90 89
4,7 94 91
4,8 96 94
4,9 98 96
5 100 97
5,1 102 99
5,1 102 99
5,1 102 99
11
20 30 40 50 60 70 80 90 100 1100
20
40
60
80
100
120
Termometro Mercurio (°C)
Term
opar
(°C)
Grafica 5.5: Curva de calibración para el termopar en escala de centígrados (termómetro patrón: termómetro de mercurio).
20 30 40 50 60 70 80 90 100 1100
20
40
60
80
100
120
Termometro Mercurio (°C)
Term
opar
(°C)
Grafica 5.6: Curva de calibración ajustada por mínimos cuadrados referente al termopar en escala de grados centígrados
Ecuación de la Recta: Y= 1,0327X – 0,954 (Ec.5.3)
12
Figura 5.7: Curvas de voltaje contra temperatura para distintos termopares.
Figura 5.8: Curvas de voltaje contra temperatura para distintos termopares.
13
0 5 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
Bimetalico (°C)Mercurio (°C) Termopar (°C)
Tiempo (Minutos)
Tem
pera
tura
(°C)
Figura 5.9: Curvas de Temperatura contra tiempo para los distintos termómetros
empleados.
14
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS.
Los datos que fueron obtenidos experimentalmente (Tabla 5.1) se
pudieron expresar en graficas o curvas de calibración, la primera fue referente
al termómetro bimetálico y la otra al termopar (Grafica 5.1 y Grafica 5.3
respectivamente). Ambas figuras reflejaron una tendencia cuasi lineal o a una
línea recta, esto nos indica que los dos instrumentos presentados en el
laboratorio para la medición de temperatura poseen cierto nivel de calibración
con respecto al instrumento patrón, que en nuestro caso fue el termómetro de
mercurio.
En el caso del termopar fue necesario emplear una tabla de conversión e
interpolar para obtener los datos necesarios reflejados en la tabla 5.2 ya que los
datos iniciales del termopar estaban en milivoltios se necesitó la conversión a
grados centígrados, para así poder graficar dichos valores. (Figura 5.5)
Las dos curvas de calibración fueron ajustadas por el método de los
mínimos cuadrados (Figura 5.2 y Figura 5.6), con sus respectivas ecuaciones
obtenidas de cada una (Ec 5.1 y Ec 5.3), con dichas ecuaciones se pudo
determinar que el instrumento más preciso y mas calibrado es el termopar ya
que presentaba una descalibración de 0,847 °C aproximadamente en cambio el
termómetro bimetálico presentaba una descalibración de 4,368 °C, en el caso
de este termómetro es recomendable aplicar los procedimientos pertinentes
para reducir el error presentado a lo más mínimo posible.
Para determinar el material del cual está compuesto el termopar solo
bastó con comparar la grafica de milivoltios vs temperatura (Grafica 5.3)
con las graficas de milivoltios vs temperatura para varios termopares en el
mercado (Grafica 5.7 y Grafica 5.8) y visualizar cuál de estas coincidía o
cual era más semejante, en este caso se observó que es Hierro-
Constatan.
15
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
7.1 Conclusiones
Se aprendió el principió de funcionamientos de los instrumentos de
medición de temperatura.
El instrumento más preciso fue el termopar y el menos fue el termómetro
bimetálico.
Se realizaron curvas de calibración para todos los instrumentos teniendo
en cuenta el termómetro de mercurio como patrón.
El material desconocido del termopar resultó ser Hierro-Constatan.
Las curvas de variación de temperatura contra el tiempo para los tres
instrumentos mostraron un comportamiento similar.
16
7.2 Recomendaciones
Prestar atención al cronómetro utilizado para medir el tiempo ya que de
no ser así los valores en los cambios de temperatura serán diferentes y puede
ocasionar imprecisión.
Tener cuidado con el uso de la cocinilla y no acercarle nada que pueda
ser inflamable.
Los termómetros no deben hacer contacto entre ellos ya que esto
afectaría los resultados de la
17
8. BIBLIOGRAFIA
1. 148.202.12.120. Termopar. Disponible en :
[http://148.202.12.20/temas/control/memo/termopar.html]
2. Escolares.Net. Termómetro. Disponible en:
[http://www.escolares.net/fisica/termometro/]
3. Koboldmessring. Termómetro Bimetálico. Disponible en:
[
http://www.koboldmessring.com/fileadmin/koboldfiles/pdf/es/t2es_t
bi-i-s.pdf]
4. Conceptodefinición. Temperatura. Disponible en:
[http://conceptodefinicion.de/temperatura/]
5. Definición. Calor. Disponible en:
[http://definicion.de/calor/]
6. Diccionario. Calor Específico. Disponible en:
[http://diccionario.motorgiga.com/diccionario/calor-especifico-
definicion-significado/gmx-niv15-con193340.htm]
7. Mitecnologico. Escalas De Temperatura. Disponible en:
[http://www.mitecnologico.com/Main/EscalasDeTemperatura]
8. Docstoc. Termómetros. Disponible en:
[http://www.docstoc.com/docs/6285158/Termometros]
18
9. Tiempo. Clases de Termómetro. Disponible en:
http://foro.tiempo.com/diferentes-clases-de-termometros-
[t20730.0.html]
10. Metas. Termopares. Disponible en:
[http://www.metas.com.mx/guiametas/La-Guia-MetAs-02-07-TC.pdf]
11. Metas. Termómetro de Resistencia. Disponible en:
[http://www.metas.com.mx/guiametas/La-Guia-MetAs-02-11-
RTD.pdf]
12. Sapiensman. Termistores. Disponible en:
[http://www.sapiensman.com/medicion_de_temperatura/termistores.
htm]
13. Robótica. Pirómetro. Disponible en:
[http://robotica.es/2011/01/12/pirometro/]
14. Rena. Temperatura y Equilibrio. Disponible en:
[http://www.rena.edu.ve/TerceraEtapa/Fisica/TempEquilibrio.html]
15. Mitecnologico. Sensores de Temperatura. Disponible en:
[http://www.mitecnologico.com/Main/SensoresDeTemperatura]
16. Quincycompressor. Tipos de Temperatura. Disponible en:
[http://www.quincycompressor.com.mx/glosario.html]
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APÉNDICES
20
Apéndice A. Ejemplo de Cálculos.
Calibración del Termómetro Bimetálico:
Se empleó el Termómetro de Mercurio como Instrumento Patrón.
Para la calibración de este termómetro se utilizó la regresión numérica mediante mínimos cuadrados para obtener la recta aproximada, bajo los siguientes datos:
Tabla A.1: Valores referentes al método de los mínimos cuadrados para la calibración del termómetro bimetálico.
n Mercurio (Xi) Bimetalico (Yi) Xi^2 Xi.Yi1 29 25 841 7252 31 30 961 9303 34 30 1156 10204 38 35 1444 13305 41 40 1681 16406 45 40 2025 18007 50 45 2500 2250
8 54 50 2916 27009 58 55 3364 3190
10 61 55 3721 335511 65 60 4225 390012 69 65 4761 448513 74 70 5476 518014 76 70 5776 532015 80 75 6400 600016 83 80 6889 664017 87 80 7569 696018 89 85 7921 756519 91 85 8281 773520 94 90 8836 846021 96 90 9216 864022 97 95 9409 921523 99 95 9801 940524 99 95 9801 940525 99 95 9801 9405
21
Σ 1739 1635 134771 127255
Para obtener la recta aproximada se empleó:
y=mx+b
T Bimetalico=mT Hg+b
Se calcula la pendiente “m” bajo la siguiente ecuación:
m=n∑ xy−∑ x∑ y
n∑ x2−(∑ x )2
Sustituyendo los valores dados en la tabla A.1:
m=(25∗127255 )−(1635∗1739)
(25∗134771 )−(1739)2 =338110332400
=0,97959172
Se calcula b, que corresponde al corte de la recta con el eje de las ordenadas bajo la siguiente ecuación:
b=∑ x2∑ y−∑ x∑ xy
n∑ x2−(∑ x)2
b=(134771∗1635 )−(1739∗127255)
(25∗134771 )−(1739)2 =−945860345154
=−2,74039994
La ecuación de la recta para la calibración del termómetro bimetálico será:
T Bimetalico=(0,9796 )∗T Hg−2,7404
22
Se obtienen los dos puntos para trazar la recta:
Para T Hg=30
T Bim1=(1,0172∗30 )+3.0366
T Bim1=33 ,5526 ° C
T Hg=75T Bim1=(1,0172∗75 )+3,0366
T Bim1=79,3266 °C
Calibración del Termopar:
Se empleó el Termómetro de Mercurio como Instrumento Patrón.
Para la calibración de este termómetro se utilizó la regresión numérica mediante mínimos cuadrados para obtener la recta aproximada, bajo los siguientes datos:
Tabla A.2: Valores referentes al método de los mínimos cuadrados para la calibración del termopar en escala de milivolts.
n Mercurio (Xi) Multimetro (Yi) Xi^2 Xi.Yi1 29 1,5 841 43,52 31 1,6 961 49,63 34 1,7 1156 57,8
4 38 1,9 1444 72,25 41 2,1 1681 86,16 45 2,3 2025 103,57 50 2,5 2500 1258 54 2,7 2916 145,89 58 2,9 3364 168,2
10 61 3,1 3721 189,111 65 3,3 4225 214,5
23
12 69 3,5 4761 241,513 74 3,7 5476 273,814 76 3,9 5776 296,415 80 4,1 6400 328n Mercurio (Xi) Multimetro (Yi) Xi^2 Xi.Yi
16 83 4,2 6889 348,617 87 4,4 7569 382,818 89 4,5 7921 400,519 91 4,7 8281 427,720 94 4,8 8836 451,221 96 4,9 9216 470,422 97 5 9409 48523 99 5,1 9801 504,924 99 5,1 9801 504,925 99 5,1 9801 504,9
Sumatoria: 1739 88,6 134771 6875,9
Para obtener la recta aproximada se empleó:
y=mx+b
T termopar=mT Hg+b
Se calcula la pendiente “m” bajo la siguiente ecuación:
m=n∑ xy−∑ x∑ y
n∑ x2−(∑ x )2
Sustituyendo los valores dados en la tabla A.2:
m=(25∗6875,9 )−(1739∗88,6)
(25∗134771 )−(1739)2 =17822,1345154
=0,05163521
24
Se calcula b, que corresponde al corte de la recta con el eje de las ordenadas bajo la siguiente ecuación:
b=∑ x2∑ y−∑ x∑ xy
n∑ x2−(∑ x)2
b=(134771∗88,6 )−(1739∗6875,9)
(21∗134771 )−(1739)2 =−16479,5
345154=−0,04774535
La ecuación de la recta para la calibración del termopar será:
T termopar=(0,0516 )∗T Hg−0,0477
Se obtienen los dos puntos para trazar la recta:
Para T Hg=30
T Bim1=(0,0516∗30 )−0,0477
T Bim1=1,5003mV
T Hg=75T Bim1=(0,0516∗75 )−0,0477
T Bim1=3,8223mV
De la tabla 5.2 se obtuvieron las equivalencias de milivolts a grados centígrados referentes al termopar por ende obtenemos la siguiente tabla:
Tabla A.3: Valores referentes al método de los mínimos cuadrados para la calibración del termopar en escala de grados centígrados.
n Mercurio (Xi) Termopar (Yi) Xi^2 Xi.Yi1 29 30 841 870
25
2 31 32 961 9923 34 34 1156 11564 38 38 1444 14445 41 42 1681 1722n Mercurio (Xi) Termopar (Yi) Xi^2 Xi.Yi6 45 46 2025 20707 50 50 2500 25008 54 54 2916 29169 58 58 3364 3364
10 61 62 3721 378211 65 66 4225 429012 69 70 4761 483013 74 74 5476 547614 76 78 5776 592815 80 82 6400 656016 83 84 6889 697217 87 88 7569 765618 89 90 7921 801019 91 94 8281 855420 94 96 8836 902421 96 98 9216 940822 97 100 9409 9700
23 99 102 9801 1009824 99 102 9801 1009825 99 102 9801 10098
Sumatoria: 1739 1772 134771 137518
Se calcula la pendiente “m” bajo la siguiente ecuación:
m=n∑ xy−∑ x∑ y
n∑ x2−(∑ x )2
Sustituyendo los valores dados en la tabla A.2:
m=(25∗2695420 )−(1739∗1772)
(25∗134771 )−¿¿¿
26
Se calcula b, que corresponde al corte de la recta con el eje de las ordenadas bajo la siguiente ecuación:
b=∑ x2∑ y−∑ x∑ xy
n∑ x2−(∑ x)2
b=(134771∗1772 )−(1739∗137518)
(25∗134771 )−(1739)2 =−329590345154
=−0,95490708
La ecuación de la recta para la calibración del termopar será:
T termopar=(1,0327 )∗T Hg−0,954
Para la tabla 5.2 el factor de conversión fue el siguiente:
1 mV equivalen a 20°C
Tomando como ejemplo la primera lectura de 1,4 mV obtenemos que:
1.4mV∗20 ° C
1mv=28 ° C
27
Apéndice B. Asignación.
1. Defina: Temperatura, Calor y Calor Específico.
1.1 Temperatura:
La Temperatura es una magnitud que mide el nivel térmico o el calor que un
cuerpo posee. Toda sustancia en determinado estado de agregación (sólido,
líquido o gas), está constituida por moléculas que se encuentran en continuo
movimiento. La suma de las energías de todas las moléculas del cuerpo se
conoce como energía térmica; y la temperatura es la medida de esa energía
promedio. [4].
1.2 Calor:
El calor es la sensación que experimenta un ser vivo ante una temperatura
elevada. La física entiende el calor como la energía que pasa de un cuerpo a
otro o de un sistema a otro, una transferencia vinculada al movimiento de
átomos, moléculas y otras partículas.
En este sentido, el calor puede generarse a partir de reacciones nucleares
(como las fusiones que acontecen en el interior del Sol), reacciones químicas
(la combustión) o disipaciones. En este último caso, puede hablarse de
disipación electromagnética (los hornos de microondas) o disipación mecánica
(la fricción). [5].
1.3 Calor Especifico:
Se define como calor específico la cantidad de calor necesaria para hacer
variar en un grado la temperatura de la unidad de masa de un cuerpo.
El calor específico se expresa en cal/°C ó en kcal/°C kg. Cada cuerpo posee su
28
calor específico característico; por ejemplo, el calor específico del agua es 1
Kcal/°C kg. [6]
2. En que se basa la escala de temperatura absoluta.
También conocida como escala de kelvin está basada en la idea del cero
absoluto, la temperatura teorética en la que todo el movimiento molecular se
para y no se puede detectar ninguna energía. En teoría, el punto cero de la
escala Kelvin es la temperatura más baja que existe en el universo: −273.15ºC.
La escala Kelvin usa la misma unidad de división que la escala Celsius. Sin
embargo vuelve a colocar el punto zero en el cero absoluto: −273.15ºC. Es así
que el punto de congelamiento del agua es 273.15 Kelvins y 373.15 K es el
punto de ebullición del agua.
La escala Kelvin, como la escala Celsius, es una unidad de medida
estándar del SI, usada comúnmente en las medidas científicas. Puesto que no
hay números negativos en la escala Kelvin (porque teóricamente nada puede
ser más frío que el cero absoluto), es muy conveniente usar la escala Kelvin en
la investigación científica cuando se mide temperatura extremadamente baja.
[7]
3. Nombre y Describa los diferentes instrumentos medidores de
temperatura.
3.1 Termómetro de Mercurio:
El termómetro de mercurio es el más utilizado actualmente, está formado por
un capilar de vidrio de diámetro uniforme comunicado por un extremo con una
ampolla llena de mercurio. Se utiliza el mercurio debido a su gran cohesión, a
su alto coeficiente de dilatación térmica, a su relativamente alto punto de
ebullición y a su bajo punto de fusión. Pero el mercurio se utiliza debido a la
variación directamente proporcional de la dilatación volumétrica contra la
temperatura.
29
El funcionamiento de este termómetro es sencillo el conjunto esta sellado para
mantener un vacio parcial en el capilar. Cuando la temperatura aumenta, el
mercurio se dilata y asciende por el capilar. La temperatura se puede leer en
una escala situada junto al capilar. [8]
Figura B.1: Partes de un termómetro de mercurio.
3.2 Termómetro Bimetálico:
El termómetro bimetálico es un instrumento de medición de temperatura
que está formado por dos láminas metálicas escogidas entre metales que
tengan sus coeficientes de dilatación lo más dispares posibles, y están soldados
una contra la otra, a lo largo de toda su longitud. Cuando la temperatura varía,
una de las láminas se dilata más que la otra, obligando a todo el conjunto a
curvarse sobre la lámina más cortada.
Las láminas bimetálicas puedes inicialmente estar enrolladas en espiral. En
este caso la lámina interior está hecha del metal que se dilata más. De esta
forma, cuando la temperatura aumenta la espiral se desenrolla.
30
El movimiento se amplifica mediante un sistema de palancas sujetas a la
extremidad de la espiral y que termina en una aguja que indica la temperatura.
Este principio se usa generalmente en los termógrafos para obtener un registro
continuo de la temperatura. [9]
Figura B.2: Partes de un termómetro bimetálico
3.3 Termopar:
Un termopar es un dispositivo para la medición de temperatura, basado en
efectos termoeléctricos. En un circuito formado por dos conductores de metales
diferentes o aleaciones de metales diferentes, unidos en sus extremos y entre
cuyas uniones existe una diferencia de temperatura, que origina una fuerza
electromotriz.
La fuerza electromotriz generada por el termopar está en función de la
diferencia de temperatura entre la unión fría y caliente, pero más
específicamente, esta generada como un resultado de los gradientes de
temperatura los cuales existen a lo largo de la longitud de los conductores.[10]
3.4 Termómetro de Resistencia de Platino
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Este termómetro se fundamenta en el principio de que la resistencia de los
materiales depende de la temperatura, y varían de modo casi lineal al valor de
esta. El empleo del planito como sensor de temperatura fue propuesto por W.
Siemens en 1871. El termómetro de resistencia de platino (RDT) es el
instrumento indicado en la escala internacional de temperatura para ser usado
en el alcance comprendido de -259,3467°C (punto triple del hidrogeno) y
961,78°C punto solidificación de la plata.
Este termómetro cuenta con un sensor el cual está fabricado utilizando un
alambre de platino de alta pureza, revestido de vidrio o cerámica y libre de
tensiones que se embobina para formar un devanado no inductivo, los
termómetros de resistencia de platino se dividen en tres grupos que depende
del montaje del sensor, podemos encontrar termómetros de resistencia de
platino criogénicos (capsula) , termómetros de resistencia de platino de tallo
largo, y por ultimo termómetros de resistencia de platino de alta temperatura.
[11]
3.5 Termistor
Los termistores sirven para la medición o detección de temperatura tanto
en gases, como en líquidos o sólidos. A causa de su muy pequeño tamaño, se
los encuentran normalmente montados en sondas o alojamientos especiales
que pueden ser específicamente diseñados para posicionarlos y protegerlos
adecuadamente cualquiera sea el medio donde tengan que trabajar.
El termistor se fabrica a partir de óxidos metálicos comprimidos y sintetizados.
Los metales más utilizados son níquel, cobalto, magneso, hierro, cobre,
magnesio y titanio, debido a estas mezcla sintetizada de óxidos metálicos, el
termistor es esencialmente un semiconductor que se comporta como un
“resistor térmico” con un coeficiente térmico de temperatura negativo de valor
muy elevado. [12]
3.6 Pirómetro
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Un pirómetro es un instrumento de medición de temperatura que es capaz de
detectar temperaturas a distancias, hay pirómetros para todo tipo de
temperaturas, pero generalmente se le llama pirómetro a los que son capaces
de medir temperaturas superiores a los 500 grados centígrados. Existen dos
tipos de pirómetros, están los ópticos y de radiación. Los pirómetros ópticos
miden la temperatura comparando el color del objeto solido que miden con una
lámpara de comparación, ajustan ambos colores y de esta manera la
temperatura. Por otro lado los pirómetros de radiación capturan la radiación del
cuerpo a medir (a mayor temperatura mayor es la radiación). [13]
3.7 Termómetro de Gas
El termómetro de gas es otro tipo de medidor de temperatura que se puede
encontrar en el mercado en este instrumento la variable que mide la
temperatura es la presión de un gas que se mantiene a volumen constante. Se
ha escogido este termómetro como patrón porque los valores de la temperatura
que se obtienen con él son independientes del gas utilizado. [14].
4. Explique el principio de funcionamiento de un termopar
En 1822 el físico estoniano Thomas Seebeck descubrió accidentalmente
que la unión entre dos metales genera un voltaje que es función de la
temperatura. Los termopares funcionan bajo este principio, el llamado efecto
Seebeck.
El efecto Seebeck, se refiere a la emisión de electricidad en un circuito
eléctrico compuesto por conductores diferentes, mientras estos tienen
diferentes temperaturas. Los conductores se conectan en serie. La diferencia
de temperatura causa un flujo de electrones en los conductores, se dice que el
flujo inicia directamente desde el área de mayor temperatura hacia la de menor
temperatura. En el punto de contacto de los conductores se presenta una
diferencia de potencial. La magnitud de la termoelectricidad depende del tipo
de material de los conductores, la temperatura de contacto y no depende de la
33
temperatura que se distribuye a lo largo del conductor. La termoelectricidad
permite evaluar los termopares por el coeficiente de Seebeck para diferentes
materiales con un rango desde +43 hasta –38 mV/grado. [15].
5. ¿Cómo variarían los resultados de los experimentos de calibración
del termopar, si no se hubiese usado hielo en la punta fría?
Se empleó en la practica el hielo para así poder producir una diferencia voltaje,
recordando un poco el termopar produce un voltaje que es función de la
diferencia de temperatura, por lo tanto el termopar requiere una temperatura de
referencia de 0°C en este caso fue el hielo para que se produzca un voltaje
acorde. Si no se empleara el hielo no se pudiera generar este diferencial y por
lo tanto el instrumento nos arrojaría valores pequeños o incorrectos para el
experimento.
6. ¿Qué son y cómo se miden las temperaturas estáticas y dinámicas
de un fluido en movimiento?
Definición:
6.1 Temperatura Estática:
Es la temperatura indicada por un elemento de medición que se mueve con la
misma velocidad que el fluido [16].
6.2 Temperatura Dinámica:
Es el incremento de temperatura que se experimenta debido al efecto de la
velocidad, es decir, es la temperatura originada por el cambio de energía
cinética en energía térmica. [16].
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Medición:
Ambas temperaturas tanto la estática y la dinámica se puede calcular o medir
bajo la siguiente expresión matemática:
¿=T+ V 2
(2∗Cp)
En donde:
El termino de To se refiere a la temperatura de estancamiento o total, el termino
de V 2
(2∗Cp) recibe el nombre de temperatura dinámica, y por último el termino
de T en la ecuación representa a la temperatura estática.
7. Se desea calibrar un Termopar de Platino contra uno de Platino-
Rodio y se utilizaran en el intervalo de temperaturas descrito como
intervalo 3 en la norma ITS-90. Durante la calibración, las lecturas de
la FEM (Fuerza Electromotriz) del Termopar en microvolts son 5858,
9147 y 1033 en los puntos de congelación del Aluminio, la Plata y el
Oro, respectivamente. Suponga una relación polinomial de la Forma
FEM=Co+C1T+C2T2
Y determine la temperatura si el termopar registra una lectura de
7500 µV.
Temperaturas en Puntos de Congelación:
Aluminio: 933,47 K
Plata: 1234,93 K
Oro: 1337,33 K
Lecturas de la fuerza electromotriz en el termopar:
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Aluminio: 5858 µV
Plata: 9147 µV
Oro: 1033 µV
Sustituyendo los valores dados en la relación polinomial obtenemos las
siguientes ecuaciones:
Para el Aluminio:
5858 μV=Co+C1∗(933,47K )+C2∗(933,47K )2
Para la Plata:
9147 μV=Co+C1∗(1234,93K )+C2∗(1234,93K )2
Para el Oro:
1033 μV=Co+C1∗(1337,33K )+C2∗(1337,33K )2
De este modo tenemos tres ecuaciones con tres incógnitas en donde las
soluciones a los coeficientes de nuestra relación polinomial serán los
siguientes:
Co= -261.644,550375
C1= 494,934518799
C2= -0,223217248664
Determinación de la temperatura si el termopar registra una lectura de
7500 µV:
Sustituyendo en la relación polinomial se obtiene:
7500 μV=−261.644,5504+(494,9346 )∗(T )+(−0,2232)∗(T )2
Recordando que 7500 μV son 7,5 mV hacemos la siguiente conversión
de datos:
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7,5mV∗20 °C
1mV=150 °C+273=423K
423K=−261.644,5504+ (494,9346 )∗(T )+(−0,2232)∗(T )2
Se obtiene que la temperatura que registra el termopar para los 7500 μV :
T = 1343,5268 K
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Apéndice C. Anexos.
Tabla C.1 Datos experimentales obtenidos en el laboratorio referente a
los diferentes instrumentos de medición de temperatura
Tiempo (min) Bimetalico (°C) Mercurio (°C) Multimetro (mV)
0 25 30 1,4
1 25 29 1,5
2 30 31 1,6
3 30 34 1,7
4 35 38 1,9
5 40 41 2,1
6 40 45 2,3
7 45 50 2,5
8 50 54 2,7
9 55 58 2,9
10 55 61 3,1
11 60 65 3,3
12 65 69 3,5
13 70 74 3,7
14 70 76 3,9
15 75 80 4,1
16 80 83 4,2
17 80 87 4,4
18 85 89 4,5
19 85 91 4,7
20 90 94 4,8
21 90 96 4,9
22 95 97 5
23 95 99 5,1
24 95 99 5,1
25 95 99 5,1
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.
Figura C.1 Termómetro Bimetálico.
Figura C.2 Termómetro de Mercurio.
Figura C.3: Multímetro digital utilizado para el montaje del termopar
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