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Qu es La Temperatura?La temperatura es el grado de agitacin molecular de las sustancias que se
manifiesta cuando el material se dilata o comprime ,empricamente se entiende como el
grado de caliente o fro que presenta un cuerpo de acuerdo a un patrn. Segn la teora
molecular la temperatura, como magnitud, mide la energa cintica media de las
molculas de una sustancia.
Segn la fsica estadstica la temperatura se define como sensibilidad de la
energa a los cambios de entropa a volumen constante.
Asignar un valor numrico a una temperatura plantea un problema importante.
La mayora de las magnitudes fsicas suelen ser magnitudes extensivas (a partir delpatrn de la unidad se pueden definir de forma sencilla mltiplos y submltiplos de
ella).
La temperatura, en cambio, pertenece al grupo de las llamadas variables
intensivas (multiplicar o dividir por un nmero el valor de un temperatura no tiene
significado fsico alguno).
Nos encontramos entonces frente al dilema de qu instrumentos utilizar para
medir esta variable de la materia. Existen muchos tipos de termmetros:
de dilatacin de lquido como por ejemplo el famoso termmetro de mercurio de gas de volumen constante que por su precisin se utiliza para graduar otros
termmetros
de resistencia que depende de la variacin de la resistencia a la temperatura termocupla que se basan en fenmeno termoelctrico y cubren el rango de
temperaturas que va desde -200 C a +2000 C.
A continuacin describiremos los instrumentos que usaremos
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Calibrar termmetros de diferentes tipos, teniendo como patrn a uno de ellos.Graficar las curvas de calibracin, de correccin y de error, para analizar la
variacin de las temperaturas de los termmetros calibrados.
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TERMMETROS DE COLUMNA LQUIDA
Generalidades:Fue Galileo a comienzos del siglo XVII el precursor del termmetro de columna
de lquido, aunque l utiliz aire como fluido termomtrico. Durante los siguientes 100
aos fueron evolucionando los lquidos de uso, primero agua y despus alcohol. Otro
gran paso en su evolucin se dio al sellarlos y hacerlos independientes de la variacin
de presin atmosfrica. Pero no fue hasta el siglo XVIII cuando Fahrenheit dise y
construy un termmetro utilizando mercurio como fluido termomtrico. A partir de
entonces la concepcin del termmetro de columna de mercurio apenas ha variado,
solamente en la utilizacin de fluidos que permiten alcanzar temperaturas ms altas y en
las precisiones alcanzadas.
Un termmetro de columna de lquido consiste bsicamente en una varilla de
vidrio, hueca en su interior, con un dimetro adecuado a su longitud, cerrada
hermticamente en la parte superior, y con un bulbo en la parte inferior que contiene el
lquido termomtrico. El espacio interno del capilar desde el bulbo hasta el tope superior
puede estar evacuado al vaco o lleno con un gas seco inerte.
La varilla est graduada en valores relativos a una escala de temperatura, y la
indicacin de temperatura viene dada por la posicin del menisco formado por el
lquido en el capilar.
TIPOS DE INMERSINCada tipo de termmetro se fabrica para leer valores correctos a una determinada
profundidad de inmersin, y as se dividen en termmetros de inmersin total, parcial o
completa.
1. Termmetros de Inmersin Total. Este tipo de termmetros estn graduadospor el fabricante para dar lecturas correctas cuando el bulbo y la parte de varilla que
contiene el lquido termomtrico estn totalmente inmersas en el medio isotermo.
Pese a su nombre, no es recomendable que est inmerso el segmento de la varillapor encima del menisco. El calentamiento de esta parte a altas temperaturas dara
lugar a un aumento excesivo de la presin del gas, produciendo lecturas errneas y
en ocasiones daos permanentes en el bulbo.
2. Termmetros de Inmersin Parcial. En muchas circunstancias el uso determmetros de inmersin total es difcil o imposible. Por ello se utilizan
termmetros cuya escala est diseada para dar lecturas correctas cuando se hallan
sumergidos a una profundidad especfica. No es necesario realizar ningn tipo de
correccin por columna emergente cuando se usan en las condiciones especificadas.
3. Termmetros de Inmersin Completa. Un tercer tipo, y tambin el menoscomn, corresponde a aquellos termmetros que estn diseados para dar lecturas
correctas cuando todo l est inmerso en el medio termomtrico. La precisin de
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estos termmetros es inferior a la de los otros dos tipos, debido entre otros al hecho
de no poder visualizar bien el menisco.
Termmetros de inmersin parcial, total y completa (de izquierda a derecha)
TERMMETRO DE VIDRIOEste se construye para inmersin total o parcial.
Termmetro de bulbo o capilar metlico.Los termmetros tipo bulbo consisten esencialmente en un bulbo conectado por
un capilar a una espiral. Cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o el lquido en
el bulbo se expanden y el espiral tiende a desenrollarse moviendo la aguja sobre la
escala para indicar la elevacin de la temperatura en el bulbo.
Existen cuatro clases:
1. Termmetros actuados por lquidos.2. Termmetros actuados por vapor.3.
Termmetros actuados por gas.4. Termmetros actuados por mercurio.
Medidores tipo bimetlicos.El elemento sensor est conformado por la unin de dos metales diferentes y
por consiguiente cada uno tiene un coeficiente de dilatacin por efectos de temperatura
diferente de tal manera que las diferencias en unos son compensados en el otro; la unin
de stos dos materiales puede ser en toda su longitud o solamente por uno de sus
extremos.
Cuando la unin se hace en toda su longitud el elemento as conformado se
enrosca en forma de resorte, uno de sus extremos va soldado a la cubierta que lo protegey el otro va unido por medio de un eslabn a una pluma o puntero que se energiza sobre
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TERMMETROSBimetlicos
Angulo variable - AA575 RTEL TRU - Series AA - BCGT
* Clase 1 * Rangos desde -100 hasta 550 C.
* Dimetros de 3, 4 y 5''.
* Construccin en AISI 304, IP65
Conexin inferior BC350R
TEL TRU - Series AA - BCGT
* Partes en contacto con el fluido en AISI 316.
* Conexin roscada fija o deslizable.
* Ajuste de cero.
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Conexin posterior - GT300
TEL TRU - Series AA - BCGT
* Diseo de cuadrante para evitar errores deparalaje.
* Sensor bimetlico inmerso en silicona para
amortiguacin y mejor velocidad de
respuesta.
Medicin en superficie
TEL-TRU - Series DM - TB - SH - CS
* Rangos desde -70 a 70 C hasta 100 a 400 C.
* Fijacin magntica, con prisioneros o con
abrazaderas.
* Precisin 2% de la escala.
* Dimetro 2''.
TERMOCUPLA
Una termocupla es un sensor para medir temperatura. Consiste en dos cables de metales
distintos, conectados en un extremo donde se produce un pequeo voltaje asociado a una
temperatura. Ese voltaje es medido por un termmetro de termocupla.
Las mediciones de temperatura que utilizan termocuplas o termopares se basan en el
descubrimiento hecho por Seebeck en 1821. Este se puede resumir de la siguiente manera: 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 ser proporcional a la diferencia de
temperatura entre las dos uniones.
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Caractersticas de las TermocuplasDistintos tipos de termocuplas: J, K, T, E.
Existen distintas combinaciones de metales o calibraciones respectivas. Los
cuatro tipos ms tpicos son J, K, T y E. Cada calibracin tiene distinto rango de
temperatura y ambiente, aunque la temperatura mxima vara con el dimetro del cable
usado en la termocupla.
Ya que las termocuplas pueden medir amplios rangos de temperatura 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).
Las calibraciones ms comunes son las siguientes:
Hierro-Constantan (J). rango: - 250 a + 1000C. mxima medida en mV: 51,9 a900C.
Chromel-Alumel (K). rango: + 500 a + 1250C. mxima medida en mV: 32,4 a800C.
Cobre-Constantan (T). rango: - 250 a + 600C. mxima medida en mV: 33,6 a600C.
Cromel-Constantan (E). rango: + 300 a 1000C. mxima medida en mV: 300 a1000C.
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A continuacin se representan curvas de relacin entre F.E.M vs. temperatura de las
termocuplas ms usuales:
Cada tipo de termocupla exige un tipo de cable de compensacin, y es necesariorespetar su polaridad para no anular el efecto de la termocupla.
Fabricantes
Termocuplas industriales
Termocuplas para altas temperaturas
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Los termmetros y los aparatos utilizados en el ensayo de laboratorio fueron los
siguientes:
Dos termmetros de bulbo con mercurio de inmersin total.
Un termmetro de bulbo con mercurio de inmersin parcial.
Un termmetro del tipo bimetlico.
Una termocupla utilizando el mtodo del potencimetro.
Tanque aislado de bao para la calibracin de termmetros, que consta de un
agitador para mantener la temperatura del aceite uniforme.
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PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO
1. Se coloca los termmetros en el aceite en forma correspondiente tanto los deinmersin total como los de inmersin parcial.
2. Con el termostato graduamos la temperatura a la cual llegar el sistema (seproduce un aumento de temperatura).
3. Encendemos el calibrador. El calibrador tiene 3 velocidades de calentamientoescogemos la ms rpida.
4. Esperamos a que el sistema llegue a su temperatura mxima determinada estoqueda establecido por lo ya marcado en el termostato (cuando la luz amarilla se
apaga).
5. Luego medimos la temperatura del ambiente donde estn inmersos lostermmetros.6. Procedemos a tomar las lecturas de los termmetros:
termmetro patrn. termmetro de bulbo de inmersin total 2. termmetro de bulbo de inmersin parcial. termmetro bimetlico. termmetro termocupla.
7. Con ello obtendremos un punto que nos servir para construir nuestras grficas.
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8. Luego procedemos a buscar otro punto para las graficas con un aumento detemperatura del sistema lo cual se logra graduando nuevamente el termostato.
9.
Repetimos los pasos 4, 5 y 6 hasta obtener suficientes puntos para construirnuestras curvas de calibracin.
10. Finalmente se procede a construir las grficas en funcin a los datos realesobtenidos en el instrumento patrn.
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DATOS EXPERIMENTALES
Tamb = 17 C (Medido con la Termocupla).Observacin: Cabe resaltar que la Termocupla es de la Marca Keithley y es de Ni Cr Ni Al
Condiciones Ambientales:Presin Baromtrica: 754 mmHg. T.B.S: 73.4 F 23 C.
Humedad Relativa: 75 %. T.B.H: 64 F
17.76 C.
Con estos datos experimentales y utilizando el mtodo de los mnimos cuadradosobtenemos las siguientes grficas para cada termmetro:
Nmerode
Medicin
Termocupla(Patrn) Bimetlico
Bulbo deInmersin
Parcial
Bulbo deInmersin
Total 2
TemperaturaAmbiental
C C C C C
1 25 16 22 24 272 30 18 26 25 283 35 23 30,5 31 284 40 33 39 39 31
5 45 37 44,5 44 336 50 41 48 48 35
7 55 46 54,5 53 39
8 60 50 56 56 42
9 65 60 66 65 48
10 70 63 69 68 50
11 75 68 73 71 52
12 80 73 79 76 56
13 85 78 83 81 60
1490 83 88 85 63
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TERMMETRO BIMETLICO
010
20
30
40
50
60
70
80
90
0 20 40 60 80 100
TermmetroBimetlico(C)
Temperatura Patrn (C)
Curva de Calibracion
0
2
4
6
8
10
12
14
0 20 40 60 80 100
ValordeCorrecin
Valor Medido (C)
Curva de correcion
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TERMMETRO DE INMERSIN PARCIAL
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Valordeerror
Valor medio(C)
Curva de error
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
TermmetroInmersinP
arcial(C)
Temperatura Patrn (C)
Curva de Calibracion
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-1
0
1
2
3
4
5
0 20 40 60 80 100ValordeCoreccin
Valor Medido (C)
Curva de correcion
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Valordeerror
Valor medio(C)
Curva de error
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TERMMETRO DE INMERSIN TOTAL
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10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 20 40 60 80 100Te
rmmetroInmersinTotal(C)
Temperatura Patrn (C)
Curva de calibracion
0
1
2
3
4
5
6
0 20 40 60 80 100
ValordeCorecc
in
Valor Medido (C)
Curva de correcion
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0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0 2 4 6 8 10 12 14 16
ValordeCoreccin
Valor Medido (C)
Curva de error
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OBSERVACIONES, RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES
1. Se recomienda que una vez el sistema haya alcanzado su temperatura mxima seproceda a tomar las lecturas, tratando de no demorarse demasiado en las lecturas,para as evitar el enfriamiento del sistema. Cabe resaltar adems que, para obtener
una medida ms precisa en nuestros clculos, no todos los instrumentos tienen el
mismo tiempo de respuesta, por eso es que no debe acelerarse mucho la toma de
medidas al inicio del ensayo, sino que debemos esperar un minuto
aproximadamente antes de tomar las medidas.
2. Para el caso de la termocupla en caso no se encontrara en tablas, el valor detemperatura correspondiente, se puede interpolar entre 2 valores cercanos al
obtenido en el experimento. Cabe resaltar, que el uso de las tablas para la
termocupla, es para hacer la conversin respectiva, ya que el valor entregado por
dicho instrumento, tiene como unidades los milivoltios (mV).
3. Tal como se observa en las graficas, anteriormente expuestas, el comportamientode las curvas es aproximadamente lineal. De las mismas se concluye que el
Termmetro Bimetlico es el que ms se aproxima al comportamiento del
Termmetro de inmersin Total 1 (Patrn) y por lo tanto es la ms aproximada.
4. Tericamente el comportamiento de las curvas debera ser exactamente lineal,pero es posible que nos hayamos tardado en medir las temperaturas del
experimento, en consecuencia estos se enfran y tomamos temperaturas errneas.
Adems la descalibracin de estos, hacen que arrojen datos equivocados acerca de
las temperaturas medidas, uno de los motivos de esto puede ser el tiempo de
antigedad del instrumento.
5. Como se sabe es difcil obtener instrumentos de medicin que nos arrojeresultados exactos, por eso es necesario ajustar los puntos obtenidos a la curva
requerida.
6. Para la calibracin de los instrumentos nuestra referencia es el termmetro patrnel cual nos arroja una temperatura considerada la real. En nuestro caso el Patrnfue la termocupla y es al que consideramos ms exacto y arrojarnos un valor con
menor incertidumbre que los otros instrumentos usado.
7. Al momento de tomar las medidas y teniendo en cuenta que son varios losintegrantes del grupo, recomienda que cada una de las persona tome un
instrumento y anote las medidas, para as tener estar sincronizados en las medidas.
8. Como en la experiencia realizada se tomo de patrn a la termocupla antes detomar cualquier medida debemos darnos cuenta que la temperatura en dicho
instrumento no vari con el tiempo. Es decir que dicho valor se estabilice y que no
est variando.
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Aplicaciones:
Termmetro de lquido o de vidrio: Estos termmetros encerrado en vidrio son,
ciertamente, los ms familiares, pueden usarse dos tipos de sustancias con la cual
trabajar el termmetro; el de mercurio se emplea mucho para tomar la temperatura de
las personas, y, para medir la de interiores, pueden funcionar en la gama que va
de39C(punto descongelacin del mercurio) a357C (su punto de ebullicin), con la
ventaja de ser porttiles y permitir una lectura directa. No son, desde luego, muy
precisos para fines cientficos y los de alcohol coloreado tambin porttil, pero todava
menos preciso; sin embargo, presta servicios cuando ms que nada importa su cmodo
empleo. Tiene la ventaja de registrar temperaturas desde112C (punto de congelacin
del etanol, el alcohol empleado en l) hasta78C (su punto de ebullicin), cubriendo por
lo tanto toda la gama de temperaturas que hayamos normalmente en nuestro entorno
Termmetro clnico: Sirve para determinar la temperatura del cuerpo humano. Es unTermmetro de mxima, graduado de35a42. Para evitar el descenso de la columna
ter-momtrica al ponerlo en contacto con el medio ambiente, lleva un estrangulamiento
en la unin del depsito de mercurio y el tubo capilar. Al contraerse el mercurio la
columna termomtrica se rompe por la estrangulacin, indicando el nivel superior del
mercurio. Para unir las dos porciones se dan al termmetro unas bruscas sacudidas
ponindolas a punto para funcionar de nuevo.
Termmetro de mxima y mnima: Este termmetro marca la temperatura mxima yMnima de un lapso de tiempo, sus aplicaciones ms importantes es en la meteorologa.
Es un tubo en U, de vidrio, provisto de dos
ensanchamientos en sus extremos, los cuales
contienen alcohol; uno de ellos(A) lleno
completamente y el otro (B) slo parte. El tubo
contiene mercurio en su parte media (figura maxmin).
Sumergidos en el alcohol, y en las dos ramas, hay
dos ndices metlicos que rozan las paredes lo
suficiente para que el alcohol pase a travs de ellos,
pero no el mercurio, por su mayor tensin,
superficie y densidad. La posicin ms alta que
adquiere el extremo inferior del ndice de la rama
D, posicin en la cual se estabiliza, indica la
temperatura mxima. La posicin ms alta del
ndice C indica la mnima.
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Termmetro de globo: Se utiliza para medir la
temperatura radiante. Consiste en un
Termmetro de mercurio que tiene el bulbo
dentro de una esfera de metal hueca, pintada denegro de humo. La esfera absorbe radiacin de
los objetos del entorno ms calientes que el aire y
emite radiacin hacia los ms fros, dando como
resultado una medicin que tiene en cuenta la
radiacin. Se utiliza para comprobar las
condiciones de comodidad de las personas
Termmetro de bulbo hmedo: Se utiliza para medir el influjo de la humedad en lasensacin 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
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Hoja de datos:
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BIBLIOGRAFA:
LABORATORIO DEL INGENIERO MECANICOAutor: Saymour Doolittle
GUIA DE LABORATORIO DE INGENIERA MECNICA
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