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MEDICIN Y CALIBRACIN DE TEMPERATURA[ ] FIM
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MEDICIO N Y
CALIBRACIO N DE
TEMPERATURA
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INTRODUCCIN
La temperatura es una magnitud de medida muy presente en cualquier proceso
industrial o de transformacin. Los termmetros son instrumentos muy
utilizados en la industria para la medicin de la temperatura.
En este laboratorio se han tomado distintas medidas de temperatura del aceite
mientras este se calentaba para lo cual se utilizaron diferentes tipos de
instrumentos de medicin de temperatura. El objetivo de este laboratorio es
conocer los instrumentos ms importantes que se utilizan para determinar
temperaturas.
Este informe presenta al lector el uso experimental de los diferentes
instrumentos de medicin de temperatura para los cual se presentaran las
caractersticas tcnicas de cada instrumento.
Se compararn las medidas obtenidas con la medida patrn con la finalidad de
observar y comparar las exactitudes de los aparatos usados; que tambin
compararemos con el uso de grficos de calibracin y error.
El objetivo de este laboratorio es conocer los instrumentos ms importantes
que se utilizan para determinar temperaturas.
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OBJETIVOS:
Reconocer los instrumentos de medicin de temperatura as como sus
caractersticas (la marca, el rango, precisin, etc.) y realizar mediciones
con estos.
Realizar una comparacin de los termmetros tomando como referencia
la lectura de un termmetro de mayor precisin a otros tres que cumplen
la misma funcin: medir la temperatura, en este caso nuestro
termmetro patrn ser el termmetro en inmersin total.
Obtener los diagramas de comparacin y error de los termmetros para
as poder elegir convenientemente el termmetro a utilizar en algunas
mediciones de ingeniera.
FUNDAMENTO TERICO
TEMPERATURA
Qu es temperatura?, usualmente este trmino se califica como una
magnitud relacionada con la energa interna de una sustancia, es decir los
movimientos de las partculas del mismo ya sea traslacin, rotacin o
vibraciones. Mide la concentracin de energa y es aquella propiedad fsica que
permite asegurar si dos o ms sistemas estn o no en equilibrio trmico
(cuando dos cuerpos estn a la misma temperatura).
La temperatura se mide en unidades llamadas grados por medio de los
termmetros, esto se refiere que para medir la temperatura utilizamos una de
las magnitudes que sufre variaciones linealmente a medida que se altera la
temperatura.
El calor, cantidad presente en muchas de nuestras frmulas, depende de la
masa del cuerpo, su naturaleza y de la temperatura.
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ESCALAS DE TEMPERATURA
La temperatura se mide en grados, y hay varias escalas, las dos ms usadas
son:
Escala Celsius (o centgrada); utilizada en el Sistema Internacional de
Unidades.
Escala Fahrenheit; utilizada por el Sistema Ingls de Unidades.
La escala Celsiususa como temperatura cero grados de referencia aquella, a
la que el agua pura pasa del estado lquido al slido (congela), y temperatura
100 grados, a aquella en la que el agua pasa del estado lquido al gaseoso
(evaporacin), ambas en condiciones normales de presin (presin atmosfrica
estndar).
La escala Fahrenheit tiene como punto de referencia de cero grados a una
temperatura que se registr en el invierno de 1709 en Dinamarca (donde viva
el cientfico Fahrenheit) ao cuyo invierno fue muy duro, y la temperatura del
cuerpo humano como grado 96.
Para el experimento se usa la escala Celsius.
TERMOMETROS UTILIZADOS
1. Termmetros de Columna de Lquida
Son termmetros que contienen un pequeo depsito con un lquido sensible a
los cambios de temperatura, conectado a un tubo muy fino por el que se puede
elevar la sustancia (normalmente un capilar). Cuando aumenta la temperatura,el lquido coloreado se dilata y sube por el interior del tubo.
Los termmetros de lquido en vidrio son usualmente utilizados para la
medicin de la temperatura de fluidos. La eleccin del tipo de inmersin
depende de la medicin requerida, la profundidad del fluido y el tipo de
montaje.
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1.1. Termmetros de Inmersin Total
Est diseado para indicar la temperatura correctamente cuando el bulbo y
toda la columna del lquido (unos cuantos milmetros por arriba del nivel del
lquido) estn inmersos en el medio a la temperatura que va a ser medida.
(Ver figura 1)
Figura 1: Termmetro de inmersion total
1.2. Termmetro de Inmersin Parcial
Diseado para indicar la temperatura correctamente cuando el bulbo y una
porcin especfica de la columna estn inmersos en el medio a la temperatura
que va a ser medida. (Ver figura 2)
Figura 2: Termmetros de Inmersin Parcial
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1.3. Termmetros de Inmersin Completa
Est diseado para indicar la temperatura correctamente cuando todo el
termmetro, incluyendo la cmara de expansin estn expuestos en el medio a
la temperatura que va a ser medida. (Ver figura 3)
Figura 3: Termmetros de inmersin parcial, total y completa (de izquierda a derecha)
2. Termmetro bimetlico
Es un dispositivo para determinar latemperatura que aprovecha el
desigualcoeficiente de dilatacin de dos lminas metlicas de diferentes
metales unidas rgidamente (lmina bimetlica).
Funcionamiento: Los cambios de temperatura producirn en las lminas
diferentes expansiones y esto har que el conjunto se doble en arco. En la
prctica, las dos lminas anteriormente mencionadas se suelen bobinar en
espiral o en forma helicoidal, dejando un extremo libre al que se suelda un
ndice o es solidario con una aguja indicadora que muestra, la rotacin angular
de la misma sobre una escala graduada engrados centgrados o Fahrenheit.
(ver figura 4)
http://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Dilataci%C3%B3n_t%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Dilataci%C3%B3n_t%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=L%C3%A1mina_trimet%C3%A1lica&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Grado_cent%C3%ADgradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_cent%C3%ADgradohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=L%C3%A1mina_trimet%C3%A1lica&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Dilataci%C3%B3n_t%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura8/13/2019 Laboratorio de Medicion y Calibracion de Temperatura
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Ventajas.- Su mayor manejabilidad y su gran abanico de medidas. Son
ampliamente utilizados en la industria textil y constituyen el fundamento
deltermgrafo,ampliamente utilizado enestaciones meteorolgicas.
Desventajas.- Precisin relativamente pobre e incapacidad de generacin de
seal.
Figura 4: Lminas metlicas Figura 5: Termmetro bimetlico
3. Termocupla
Es un transductor de temperatura compuesto por dos metales distintos
(alambres) que se encuentran a distintas temperaturas, una de referencia y la
otra desconocida.
Funcionamiento: Se basa en un termoelemento (termopar) que genera una
tensin elctrica proporcional a la temperatura a la cual es expuesta la punta
(unin) del termopar. Cuando los alambres de diferentes metales se sueldanpor sus dos extremos, aparece en ellos una f.e.m. (fuerza electromotriz) si los
dos extremos estn a diferentes temperaturas. La magnitud de la f.e.m. es una
funcin de los metales utilizados y de la diferencia de la temperatura entre la
soldadura caliente y la soldadura fra. Para cada par dado de metales la
medicin de la f.e.m. provee una medida para la determinacin de la diferencia
de temperaturas entre las dos soldaduras. Con alambres de longitud fija, y, por
lo tanto, con una resistencia dada de circuito, la medicin de la corriente
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Term%C3%B3grafo&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Estaci%C3%B3n_meteorol%C3%B3gicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Estaci%C3%B3n_meteorol%C3%B3gicahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Term%C3%B3grafo&action=edit&redlink=18/13/2019 Laboratorio de Medicion y Calibracion de Temperatura
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circulante es una indicacin igualmente adecuado de la diferencia de
temperatura entre la soldadura caliente y la fra. (Ver figura 6)
Figura 6: Esquema de una Termocupla
Existen distintas combinaciones de metales o calibraciones respectivas de los
alambres de un termocupla. Los cuatro tipos ms tpicos son J, K, T y E. Cada
calibracin tiene distinto rango de temperatura y ambiente (ver figura 7),
aunque la temperatura mxima vara con el dimetro del cable usado en la
termocupla. Ya que las termocuplas pueden medir amplios rangos detemperatura y son bastante resistentes, son muy usadas en la industria. Los
siguientes criterios pueden ser tiles para definir los tipos de termocupla a
utilizar:
- Rango de temperatura que se desea cubrir.
- Resistencia qumica de la termocupla.
- Resistencia a vibraciones
- Requerimientos de instalacin (compatibilidad con equipamiento existente)
Figura 7: Caractersticas de las termocuplas ms comunes
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Cabe recalcar que en el laboratorio se us un termmetro digital con termocupla.
4. Termmetro de bulbo hmedo
Se utiliza para medir el flujo de la humedad en la sensacin trmica. Junto con
un termmetro ordinario forma un psicrmetro, que sirve para medir humedad
relativa, tensin de vapor y punto de roco. Se llama de bulbo hmedo porque
de su bulbo o depsito parte una muselina de algodn que lo comunica con un
depsito de agua. Este depsito se coloca al lado y ms bajo que el bulbo, de
forma que por capilaridad est continuamente mojado.
INSTRUMENTOS UTILIZADOS:
- Un termmetro de inmersin parcial (76 mm Hg).
- Un termmetro de inmersin parcial (del ambiente) PROPPER TROPITY
KOREA Yi 80702F.
- Un termmetro de inmersin Total Marca GIARDINO.
Figura 8: termmetro de inmersin parcial, total y del ambiente.
- Termmetro bimetlico marca: Rototherm. Rango:
10C a 120C
Figura 9: termmetro bimetlico.
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- Termmetro Digital Marca: (Fisher
scientific) rango -40 a 2200 F -40 A 1200
C Con termocupla Tipo K
Figura 10: termmetro digital (termocupla).
- Calibrador Termomtrico Marca: AMINCO
SILVER PRING MARYLAND. N 251 A
Serial16943-7 WATTS 2100
Figura 11: depsito de aceite.
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PROCEDIMIENTO:
1) Al empezar el experimento se colocan los aparatos de medicin en el
aceite. Se toma la temperatura inicial del aceite utilizando todos los
aparatos de medicin a estudiar. Luego se procede a encender el
depsito de aceite.
2) Se enciende el depsito de aceite (ver figura 12), el cual transmite
calor al aceite por medio de unas resistencias.
Figura 12: Disposicin de los termmetros.
Figura 13: Encendido del recipiente contenedor de aceite
3) Se coloca los termmetros en el aceite en forma correspondiente,
tanto los de inmersin total como los de inmersin parcial.
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Figura 14: parte superior del depsito de aceite
4) Tomamos apuntes de las medidas de cada termmetro, guindonos
del termmetro patrn, tomamos medidas de 5 en 5 hasta llegar a
60 grados centgrados. La temperatura del aceite se mantiene
uniforme en todo el cuerpo del fluido ya que se cuenta con un
agitador.
5) Para el caso de los termmetros de
bulbo se debe tener especial cuidado de
mantener nivelada la altura del mercurio
con la superficie del aceite, esto para el
caso de los termmetros de inmersin
total.
6) Para el termmetro de inmersin parcial
solo se debe mantener la marca en la
superficie del fluido.
Figura 15: posicin de los
termmetros.
7) En el caso de termmetro bimetlico solo de debe colocar en
contacto con el aceite.
8) Para la lectura con la termocupla, primero se debe verificar si el
termmetro digital esta calibrado a temperatura ambiente. Luego se
procede a conectar la termocupla al termmetro digital y el otro
extremo se introduce en el aceite.
9) Al finalizar la toma de datos, procedemos a apagar el depsito deaceite y a retirar los instrumentos de medicin.
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CALCULOS Y RESULTADOS
DATOS DE LABORATORIO:
MEDICINTemperaturapatrn (C)
TERMOCUPLA(termmetro
digital)
Termmetrode inmersin
total
Termmetrode inmersin
parcial
Termmetrobimetlico
1 20 20,8 21,5 21 15,5
2 25 26,4 26 26,3 21
3 30 30,8 31 31,2 25,5
4 35 37 37 37,5 32
5 40 41,4 41 41,5 36
6 45 44,9 45,5 45,5 39,5
7 50 52,7 53 52,5 47
8 55 55,8 56,5 56 50
9 60 61,6 62,5 62 56,5
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TERMOCUPLA
TEMPERATURA PATRON
TERMOCUPLA VS T.PATRON
GRFICO 1: TERMOCUPLA VS TEMPERATURA PATRON
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TEMPERATURADEINMERSIONPARCIAL
TEMPERATURA PATRON
T.INM.PARCIAL VS T.PATRON
GRFICO 2: TEMPERATURA DE INMERSION PARCIAL VS TEMPERATURA PATRON
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TEMPERTAURADEINMERSIONTOTAL
TEMPERATURA PATRON
T.INM.TOTAL VS T.PATRON
GRFICO 3: TEMPERATURA DE INMERSION TOTAL VS TEMPERATURA PATRON
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TERMOMETROBIMETALICO
TEMPERATURA PATRON
T.BIMETALICO VS T.PATRON
GRFICO 4: TERMOMETRO BIMETALICO VS TEMPERATURA PATRON
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CLCULOS
EJEMPLO DE CALCULO
Lectura Patron: Lp
Lectura del termometro a calibrar: Lt
Error Absoluto: E
Correccin: C
Porcentaje de Error: %( )
EL L
L
p t
p
100
* Para el termometro de inmersion parcial:
Lp = 250C
Lt = 260C
%E =
%E = 4 %
y correccion C: 25 - 26 = - 10C
Clculo de %E Y C para:
T. PatrnTERMOCUPLA
(termometro digital)%E C
20 20,8 4,00 -0,825 26,4 5,60 -1,4
30 30,8 2,67 -0,835 37 5,71 -2
40 41,4 3,50 -1,4
45 44,9 0,22 0,1
50 52,7 5,40 -2,7
55 55,8 1,45 -0,8
60 61,6 2,67 -1,6TABLA 1
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T. Patrn Termmetro de inmersin parcial %E C20 21 5,00 -125 26,3 5,20 -1,330 31,2 4,00 -1,235 37,5 7,14 -2,540 41,5 3,75 -1,545 45,5 1,11 -0,550 52,5 5,00 -2,555 56 1,82 -160 62 3,33 -2
TABLA 2
T. Patrn Termmetro de inmersin total %E C
20 21,5 7,50 -1,525 26 4,00 -1
30 31 3,33 -1
35 37 5,71 -2
40 41 2,50 -1
45 45,5 1,11 -0,5
50 53 6,00 -3
55 56,5 2,73 -1,5
60 62,5 4,17 -2,5TABLA 3
T. Patrn Termmetro bimetlico %E C20 15,5 22,50 4,5
25 21 16,00 4
30 25,5 15,00 4,5
35 32 8,57 3
40 36 10,00 445 39,5 12,22 5,5
50 47 6,00 3
55 50 9,09 5
60 56,5 5,83 3,5TABLA 4
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OBSERVACIONES:
Los termmetros de bulbo median temperaturas enteras, por ello tiene
un error implcito.
En esta experiencia se utiliz como termmetro patrn, un termmetro
digital (termocupla), estos tienen una precisin suficiente para realizar
las mediciones.
Debido a que no se pudo sumergir de manera completa el vstago del
termmetro bimetlico se registra una temperatura menor.
El termmetro bimetlico empezaba a medir la temperatura a partir de
10C.
CONCLUSIONES:
Segn lo observado podemos concluir que los diferentes aparatos,
debido a sus diferentes rangos y aproximaciones, deben usarse para
experiencias especficas en las que cada aparato sea el ms apropiado.
De acuerdo a la tabla 2 y 3 el termmetro de inmersin parcial y total
serian los mejores calibrado respecto al termmetro patrn; debido a
que se mantuvo todo el tiempo en el calibrador, y as lo demuestran el
porcentaje de error.
De acuerdo a la grfica 4 y a la tabla 4, el termmetro Bimetlico es el
que se aleja bastante de una buena calibracin respecto al termmetro
patrn; debido a que el vstago no se sumergi lo necesario en el
aceite del calibrador.
El porcentaje de error del termmetro bimetlico es mayor que los
dems, pero tambin va disminuyendo a medida que aumentamos la
temperatura, por lo que se concluye que no es beneficioso trabajar con
este termmetro si se requiere de precisin.
Calculando los errores (%E) y las correcciones(C) el termmetro de
inmersin parcial como el de inmersin total (tabla 2 y 3) es el que tiene
pocos puntos con %E y C altos.
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RECOMENDACIONES:
Es recomendable que antes de realizar cualquier experimento, primero
se corrobora el perfecto estado de los instrumentos a utilizar, ya que
pueden dar mediciones errneas.
Al momento de tomar las medidas y teniendo en cuenta que son varios
los integrantes del grupo, se recomienda que cada una de las personas
tome un instrumento y anote las medidas, para as estar sincronizados
en las medidas.
Se recomienda que el termmetro patrn y los termmetros que se
calibran estn a la misma temperatura, para ello se sumergen en un
bao bien aislado que se mantiene en agitacin. Este aislamiento
perfecto en la prctica no se da, por lo que es necesario tenerlo presente
en la lectura correspondiente.
Hallar ms puntos para una mejor calibracin, ya que mientras se
tengan ms puntos podremos tener una mayor panorama de como
varan las temperaturas con respecto al termmetro patrn.
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