MEDICION DE TEMPERATURA Y CALIBRACION DE TERMOMETROS

INDICEI.OBJETIVOS1II.MARCO TERICO1TEMPERATURA1QU ES LA TEMPERATURA?1INSTRUMENTOS DE MEDICIN DE TEMPERATURA2TERMOMETRO2TERMOCUPLA2Qu es una termocupla?2Tipos de termocuplas2Usos tpicos de la termocupla en la industria.2TERMMETROS INFRAROJOS2PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL TERMMETRO INFRAROJO:2CALIBRACION DE TERMOMETROS2CALIBRACIN:2PORQU REALIZAR UNA CALIBRACIN?2III.ESPECIFICACIONES EQUIPOS, INTRUMENTROS Y MATERIALES:2IV.DATOS EXPERIMENTALES2V.PROCEDIMIENTO:2VI.CALCULOS Y RSULTADOS2VII.GRAFICOS Y AJUSTES2VIII.OBSERVACIONES, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES2IX.BIBLIOGRAFIA:2

INTRODUCCIONComo parte de nuestro aprendizaje a lo largo de nuestra preparacin universitaria nos vemos en la necesidad de ir familiarizndonos con la instrumentacin requerida durante nuestra vida profesional; esto es saber su funcionamiento y la calibracin adecuada de estos as como su correcta lectura, lo que hace imprescindible el desarrollo del presente curso que nos introduce a este campo prctico.El presente informe abarca el estudio de los instrumentos de medicin de temperatura como son las termocuplas, bimetlicos, as como la familiarizacin con los termmetros de ltima generacin como son el termmetro infrarrojo.Sin embargo debido a que la lectura de la instrumentacin es un tanto incierta debido a la precisin, antigedad de los instrumentos y a la subjetividad en cuanto a las mediciones de los termmetros que eran un tanto diferentes para cada alumno, aun as se trat de tomar la mayor atencin a las mediciones, as que procuramos que fueran los ms exactos posibles para obtener resultados ms fiables.Considerando que el presente informe fue preparado con la rigurosidad requerida por el presente curso, as como la exigencia del profesor evaluador, esperando que cumpla con sus expectativas.Con los agradecimientos finales a las personas que intervinieron en la elaboracin del presente informe, pasamos a dar cuenta de las metas u objetivos que esperamos obtener de esta experiencia.

MEDIDA DE TA TEMPERATURA Y CALIBRACION DE TERMOMENTOSI. OBJETIVOS

GENERALES:

Utilizar correctamente los instrumentos de medicin de temperatura existentes en el laboratorio y tomar los datos correspondientes. Aprender a tomar una correcta lectura de los termmetros evitando los errores debido al paralelaje. Calibrar un instrumento de medicin de temperatura.

ESPECIFICOS:

Graficar la curva de calibracin, error y correccin.

II. MARCO TERICO

TEMPERATURAQU ES LA TEMPERATURA?Se define como una magnitud escalar relacionada con la energa interna de un sistema termodinmico, definida por el principio cero de la termodinmica. Ms especficamente, est relacionada directamente con la parte de la energa interna conocida como "energa sensible", que es la energa asociada a los movimientos de las partculas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energa sensible de un sistema, se observa que ste se encuentra ms "caliente"; es decir, que su temperatura es mayor.En el caso de un slido, los movimientos en cuestin resultan ser las vibraciones de las partculas en sus sitios dentro del slido. En el caso de un gas ideal monoatmico se trata de los movimientos traslacionales de sus partculas (para los gases multiatmicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta tambin).Dicho lo anterior, se puede definir la temperatura como la cuantificacin de la actividad molecular de la materia.

INSTRUMENTOS DE MEDICIN DE TEMPERATURATERMOMETROQu es un termmetro?Un termmetro es un instrumento que mide la temperatura de un sistema en forma cuantitativa. Una forma fcil de hacerlo es encontrando una sustancia que tenga una propiedad que cambie de manera regular con la temperatura. La manera ms "regular" es de forma lineal

Principio de funcionamiento de un termmetro:Funciona por la dilatacin de un lquido alojado en un bulbo, que se visualiza en un capilar cuyo pequeo dimetro permite apreciar grandes variaciones de la longitud del fluido dilatado para un determinado volumen.La expresin del volumen total del fluido encerrado es:

Errores de medida que se producen en termmetros: Los que se generan por la dilatacin del tubo de vidrio. Los que se deben al tiempo de inmersin del bulbo. Los que se deben a la falta de uniformidad de la superficie transversal del capilar. Los que se deben a la profundidad de inmersin, etc.

En aplicaciones industriales se protege los termmetros con una vaina o cubierta de metal, que puede ser acero (generalmente inoxidable) o bronce, latn, aluminio, nquel. El vidrio tiene una forma convexa que permite ampliar mediante efecto ptico el ancho del capilar lleno de fluido al efecto de visualizar ms fcilmente la temperatura. El espacio entre el bulbo y la vaina se rellena de algn material altamente conductor trmico como un aceite de silicona, o fino polvo de cobre o bronce para obtener constantes de tiempo lo ms pequeas posibles, por ejemplo del orden del medio segundo. En los ltimos aos se han desarrollado encapsulados transparentes de tefln a fin de evitar contaminaciones en caso de rotura. Los termmetros se calibran para ser usados de diversos modos por ejemplo: Inmersin Parcial, se sumerge el bulbo en el fluido cuya temperatura se quiere medir. Inmersin Total, se sumerge toda la columna de lquido de medicin. Inmersin completa, se sumerge todo el termmetro. Los termmetros de mercurio pueden tener electrodos que le permitan una o ms salidas elctricas puntuales, uno de los electrodos va en el bulbo y los otros a distintas temperaturas fijas. Los termmetros de mxima tienen una restriccin a la salida del bulbo que impide el fcil retorno del mercurio al mismo. Se debe agitar en forma violenta el termmetro para lograr este retorno. TERMOCUPLA

Qu es una termocupla?Las termocuplas son el sensor de temperatura ms comn utilizado industrilmente. Una termocupla se hace con ds alambres de distinto material unidos en un extremo (soldados generlmente). Al aplicar temperatura en la unin de los metales se genera un voltaje muy pequeo (efecto Seebeck) del orden de los milivolts el cual aumenta con la temperatura.

Tipos de termocuplasExisten una infinidad de tipos de termocuplas, en la tabla aparecen algunas de las ms comunes, pero casi el 90% de las termocuplas utilizadas sn del tipo J o del tipo K.

Usos tpicos de la termocupla en la industria.

Las termocuplas tipo J se usan principlmente en la industria del plstico, goma (extrusin e inyeccin) y fundicin de metales a bajas temperaturas (Zamac, Aluminio). La termocupla K se usa tpicamente en fundicin y hornos a temperaturas menores de 1300 C, por ejemplo fundicin de cobre y hornos de tratamientos trmicos. Las termocuplas R, S, B se usan casi exclusvamente en la industria siderrgica (fundicin de acero). Finlmente la tipo T eran usadas hace algn tiempo en la industria de alimentos, pero han sido desplazadas en esta aplicacin por los Pt100.

TERMMETROS INFRAROJOS

Los termmetros de infrarrojos permiten medir la temperatura de una superficie distante sin necesidad de estar en contacto fsicamente. Miden la radiacin electromagntica emitida por un objeto como resultado de su temperatura. Cuando un objeto alcanza temperaturas elevadas, la mayor parte de su radiacin es una banda de longitudes de onda llamada espectro infrarrojo. Los objetos muy calientes emiten una luz visible que es tambin una forma de radiacin electromagntica.Los termmetros de infrarrojos son utilizados en gran variedad de situaciones donde las medidas de contacto no son posibles. Las aplicaciones que abarcan estos aparatos son a menudo desconocidas, reduciendo la utilidad de las medidas resultantes. Pero la confianza en estas medidas se incrementa con la calibracin. Cuando la fiabilidad de la medida que est en juego es clave, es bien sabida la importancia de calibrar regularmente los termmetros de IR. Todas las calibraciones no son exactamente iguales y la eleccin del equipamiento correcto puede marcar la diferencia.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL TERMMETRO INFRAROJO:

Los termmetros infrarrojos miden la temperatura de la superficie de un objeto. La ptica del termmetro detecta la energa emitida, reflejada y transmitida, que se recoge y concentra en un detector. Los circuitos electrnicos del equipo convierten la seal en una lectura de temperatura, que luego ser exhibida (consulte la figura).

CALIBRACION DE TERMOMETROSCALIBRACIN:

De acuerdo con la normatividad vigente NMX-Z-055-1997 -IMCN, Calibracin se define como un conjunto de operaciones que establecen, en condiciones especificadas, la relacin entre los valores de las magnitudes indicadas por un instrumento de medicin o un sistema de medicin, o los valores representados por una medida materializada o un material de referencia, y los valores correspondientes de la magnitud realizada por los patrones. Por lo tanto el mtodo de calibracin de termmetros consiste en hacer una comparacin con un sistema de refencia y el sistema que se desea utilizar, para saber la precisin y exactitud con la que se dispone trabajar. PORQU REALIZAR UNA CALIBRACIN?Se podrn dar muchas respuestas, desde el requisito para cumplir con ciertas normas hasta el hecho de evaluar la incertidumbre del equipo que usamos. Pero en un sentido prctico, la calibracin en la industria se realiza para tener confianza en el equipo que estamos usando, con lo cual sabremos que no afectar la calidad de nuestro producto o servicio.

III. ESPECIFICACIONES EQUIPOS, INTRUMENTROS Y MATERIALES:

01 TERMOMETRO PATRON:

DESCRIPSION: Termmetro digital porttil Dual: Infrarrojo y de Contacto.CARACTERISTICAS: MARCA : FLUKE MODELO : 568 IR MEDIDAS : -40 C a 800 C. PRESICION : 1%

01 CALENTADOR ELECTRICO:DESCRIPSION: Instrumento alimentado de corriente alterna que nos permite incrementar la temperatura del fluido para la toma de medidas.CARACTERISTICAS: VOLTAJE : 220V AMPERAJE: 0.42-045A

01 RECIPIENTE DE DLUIDO

TERMOMETROS: T1: -INTERVALO DE USO: -10C /110C. -MODELO: Boeco Germany

T2: -INTERVALO DE USO: -10C/150C. -MODELO: Grardina Italy

FLUIDO DE TRABAJO : AGUA CON SAL

UNPRG - FIMELaboratorio de Ingeniera Mecnica I

6

IV. DATOS EXPERIMENTALES

DATOS EXPERIMENTALES

LUGAR DE REALIZACIONFECHA DE REALIZACION

Lab. Maquinas Trmicas - UNPRG07 de Mayo del 2015

N DE MEDICIONTEM. PATRON (C )TEM. TERMOCUPLA (C )TERMOMETRO 1 (C )TERMOMETRO 2 (C )

135.035.536.036.5

240.041.141.941.8

345.046.146.045.5

450.051.051.050.8

555.055.656.055.5

660.060.461.061.0

765.066.266.165.0

870.070.670.970.0

975.075.576.074.8

1080.080.580.779.0

CONDICIONES AMBIENTALES

TEM. BULBO SECO (C )TEM. BULBO HUMEDO (C )HUMEDAD RELATIVA (%)

T.B.S: 30.6 CT.B.H: 21.5 C53.50%

V. PROCEDIMIENTO:

En primer lugar preparamos todos los materiales y equipos necesarios para la realizacin de la prctica.

Hacemos las mediciones ambientales del local, para saber en qu condiciones se realizara el experimento.

Ubicamos el calentador elctrico en un espacio libre de obstculos estticamente equilibrado, donde no pueda sufrir cambios de posicin natural, luego colocamos la sustancia de trabajo (salmuera) en el depsito y la ponemos a calentar.

Cuatro integrantes del grupo realizan las mediciones con los instrumentos (termmetro infrarrojo, termocupla y los dos termmetros de vidrio).

Esperamos que el agua aumente su temperatura a 35 C y en seguida se empieza a tomar los datos, tomando como referencia el termmetro patrn (termmetro laser). NOTA: Las medidas se llevaran a cabo cada 5 C grados de calentamiento que marque el termmetro patrn (termmetro infrarrojo) Se realizaran un total de 10 mediciones, es decir hasta cuando el termmetro patrn marque 80 C

Una vez culminada la toma de datos los materiales y equipos se limpian y son cedidos al siguiente grupo que realiza su respectiva prctica.

VI. CALCULOS Y RESULTADOS

Despus de haber realizado la medicin de la temperatura con los diferentes tipos de termmetro (Laser, vidrio, termocupla) y haber obtenido los datos de la tabla , pasamos a calcular los errores (Absoluto, relativo) as como la desviacin estndar y la varianza, para que posteriormente poder trazar las curvas de error y correccin.

CUADRO DE TEMPERATURAS (C)

N DE MEDICIONT.P (C)T.T (C )T.1 (C )T.2 (C )

0135.035.536.036.5

0240.041.141.941.8

0345.046.146.045.5

0450.051.051.050.8

0555.055.656.055.5

0660.060.461.061.0

0765.066.266.165.0

0870.070.670.970.0

0975.075.576.0

1080.080.580.779.0

T.P: Temperatura patrn (Termmetro Laser) T.T: Temperatura de termocupla T.1: Temperatura termmetro 01 T.2: Temperatura termmetro 02

CALCULO DEL ERROR ABSOLUTO (): Para realizar el clculo del error absoluto aplicamos la siguiente formula:

CALCULO DEL ERROR ABSOLUTO PARA LA TERMOCUPLA (T.T) EN CADA MEDICION REALIZADA:

MEDICION 01:

MEDICION 02:

MEDICION 03:

MEDICION 04:

MEDICION 05:

MEDICION 06:

MEDICION 07:

MEDICION 08:

MEDICION 09:

MEDICION 10:

UNPRG - FIMELaboratorio de Ingeniera Mecnica I

CALCULO DEL ERROR ABSOLUTO PARA EL TERMOMETRO 1 (T.1) EN CADA MEDICION REALIZADA:

UNPRG - FIMELaboratorio de Ingeniera Mecnica I

MEDICION 01:

MEDICION 02:

MEDICION 03:

MEDICION 04:

MEDICION 05:

MEDICION 06:

MEDICION 07:

MEDICION 08:

MEDICION 09:

MEDICION 10:

UNPRG - FIMELaboratorio de Ingeniera Mecnica I

CALCULO DEL ERROR ABSOLUTO PARA EL TERMOMETRO 2 (T.2) EN CADA MEDICION REALIZADA:

MEDICION 01:

MEDICION 02:

MEDICION 03:

MEDICION 04:

MEDICION 05:

MEDICION 06:

MEDICION 07:

MEDICION 08:

MEDICION 09:

MEDICION 10:

UNPRG - FIME

Laboratorio de Ingeniera Mecnica I

CALCULO DEL ERROR RELATIVO PORCENTUAL (): Para realizar el clculo del error relativo porcentual aplicamos la siguiente expresin matemtica:

CALCULO DEL ERROR RELATIVO PORCENTUAL PARA LA TERMOCUPLA (T.T) EN CADA MEDIDA REALIZADA:

MEDICION 01:

MEDICION 02:

MEDICION 03:

MEDICION 04:

MEDICION 05:

MEDICION 06:

MEDICION 07:

MEDICION 08:

MEDICION 09:

MEDICION 10:

CALCULO DEL ERROR RELATIVO PORCENTUAL PARA EL TERMMETRO 1 (T. 1) EN CADA MEDIDA REALIZADA:

MEDICION 01:

MEDICION 02:

MEDICION 03:

MEDICION 04:

MEDICION 05:

MEDICION 06:

MEDICION 07:

MEDICION 08:

MEDICION 09:

MEDICION 10:

CALCULO DEL ERROR RELATIVO PORCENTUAL PARA EL TERMMETRO 2 (T. 2) EN CADA MEDIDA REALIZADA:

MEDICION 01:

MEDICION 02:

MEDICION 03:

MEDICION 04:

MEDICION 05:

MEDICION 06:

MEDICION 08:

MEDICION 09:

MEDICION 07:

MEDICION 10:

VII. GRAFICOS Y AJUSTES

CURVAS DE CALIBRACION, ERROR Y CORRECCION PARA LOS DATOS OBTENIDOS EN LA TERMOCUPLA: CURVA DE CALIBRACION:DATOS A GRAFICAR EN LA CURVA DE CALIBRACIONPARA LA TERMOCUPLA (T.P ^ T.T)

N DE MEDICIONT.P (C )T.T (C )

135.035.5

240.041.1

345.046.1

450.051.0

555.055.6

660.060.4

765.066.2

870.070.6

975.075.5

1080.080.5

CURVA DE CALIBRACION PARA LA TERMOCUPLA

CURVA DE ERROR:DATOS A GRAFICAR EN LA CURVA DE ERRORPARA LA TERMOCUPLA (E.A ^T.T)

N DE MEDICIONT.P (C )T.T (C )E. ABSOLUTO ( C )

135.035.50.5

240.041.11.1

345.046.11.1

450.051.01.0

555.055.60.6

660.060.40.4

765.066.21.2

870.070.60.6

975.075.50.5

1080.080.50.5

CURVA DE ERROR PARA LA TERMOCUPLA

CURVA DE CORRECCION:DATOS A GRAFICAR EN LA CURVA DE CORRECCION

PARA LA TERMOCUPLA (E.R ^T.T)

N DE MEDIDAT.P (C )T.T (C )E. ABSOLUTO (C )E. RELATIVO (%)

13535.50.51.43

24041.11.12.75

34546.11.12.44

45051.01.02.00

55555.60.61.09

66060.40.40.67

76566.21.21.85

87070.60.60.86

97575.50.50.67

108080.50.50.63

CURVA DE CORRECCION PARA LA TERMOCUPLA

CURVAS DE CALIBRACION, ERROR Y CORRECCION PARA LOS DATOS OBTENIDOS EN EL TERMOMETRO 1(T.1): CURVA DE CALIBRACION:DATOS A GRAFICAR EN LA CURVA DE CALIBRACION PARA EL TERMOMETRO 1( T.P^T.1)

N DE MEDICIONT.P (C )T.1 (C )

135.036.0

240.041.9

345.046.0

450.051.0

555.056.0

660.061.0

765.066.1

870.070.9

975.076.0

1080.080.7

CURVA DE CALIBRACION PARA EL TERMOMETRO 1 (T.1)

CURVA DE ERROR:DATOS A GRAFICAR EN LA CURVA DE ERROR PARA EL TERMOMETRO 1 (T.1)

N DE MEDICIONT.P (C )T.1 (C )E. ABSOLUTO (C )

135.036.001.00

240.041.901.90

345.046.001.00

450.051.001.00

555.056.001.00

660.061.001.00

765.066.101.10

870.070.900.90

975.076.001.00

1080.080.700.70

CURVA DE ERROR PARA EL TERMOMETRO1 (T.1)

CURVA DE CORRECCION:DATOS A GRAFICAR EN LA CURVA DE CORRECCION PARA EL TERMOMETRO 1 (T.1)

N DE MEDICIONT.P (C )T.1 (C )E. ABSOLUTO (C )E.RELATIVO (C )

135.036.001.002.857

240.041.901.904.750

345.046.001.002.222

450.051.001.002.000

555.056.001.001.818

660.061.001.001.667

765.066.101.101.692

870.070.900.901.286

975.076.001.001.333

1080.080.700.700.875

CURVA DE CORRECCION PARA EL TERMOMETRO 1 (T.1)

CURVAS DE CALIBRACION, ERROR Y CORRECCION PARA LOS DATOS OBTENIDOS EN EL TERMOMETRO 2 (T.2): CURVA DE CALIBRACION:DATOS A GRAFICAR EN LA CURVA DE CALIBRACION PARA EL TERMOMETRO 2 ( T.P^T.2)

N DE MEDICIONT.P (C )T.2 (C )

135.036.5

240.041.8

345.045.5

450.050.8

555.055.5

660.061.0

765.065.0

870.070.0

975.074.8

1080.079.0

CURVA DE CALIBRACION PARA EL TERMOMETRO1 (T.1)

CURVA DE ERROR:DATOS A GRAFICAR EN LA CURVA DE ERROR PARA EL TERMOMETRO 2

N DE MEDICIONT.P (C )T.2 (C )E. ABSOLUTO (C )

135.036.51.5

240.041.81.8

345.045.50.5

450.050.80.8

555.055.50.5

660.061.01.0

765.065.00.0

870.070.00.0

975.074.8-0.2

1080.079.0-1.0

CURVA DE ERROR PARA EL TERMOMETRO 1 (T.2)

CURVA DE CORRECCION:DATOS A GRAFICAR EN LA CURVA DE CORRECCION PARA EL TERMOMETRO 2 (T.2)

N DE MEDICIONT.P (C)T.2 (C)E.ABSOLUTO (C)E.RELATIVO ( % )

135.036.51.54.28

240.041.81.84.50

345.045.50.51.11

450.050.80.81.60

555.055.50.50.90

660.061.01.01.66

765.065.00.00.00

870.070.00.00.00

975.074.8-0.2-0.26

1080.079.0-1.0-1.25

CURVA DE CORRECCION PARA EL TERMOMETRO 2 (T.2)

VIII. OBSERVACIONES, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

OBSERVACIN: Los estudiantes deben de asistir a la prctica de laboratorio teniendo el previo conocimiento terico de lo que se va a realizar. Los estudiantes que lleven el curso deben asistir a la hora exacta a la realizacin de la prctica para evitar el desorden. Los grupos que no estn realizando la prctica deben de esperar en forma ordenada y no incomodar al grupo que est haciendo su toma de datos respectiva.

CONCLUSIONES:Despus de haber culminado los clculos y trazado de las diferentes curvas de calibracin, error y ajuste; se puede concluir lo siguiente: De los tres termmetros que se tena como objetivo calibrar el ms exacto resulto ser la termocupla con un error de 1.3% y los termmetros bimetlicos con un error 2.05%. Las grficas nos muestran de forma sistemtica los datos obtenidos y nos dan una buena aproximacin del error en cada medida, as como el error promedio.

RECOMENDACIONES: Evitar el contacto directo de los termmetros con las paredes del recipiente puesto que en estas partes el calor es mucho mayor que el del lquido y ara que exista un error mayor. Para evitar errores de paralaje los termmetros deben estar en posicin vertical al momento de visualizar la medida, y de tal forma minimizar el error de lectura. Agitar la sustancia de trabajo cada un cierto periodo de tiempo (0.5min), para que la transferencia de calor sea de forma uniforme en toda la sustancia. Se debe de contar con material de proteccin para evitar la contaminacin por el mercurio en caso de rotura de algn termmetro.

IX. BIBLIOGRAFIA: BIBLIOGRAFIA: Cristhian Beltrn Provoste. MEDICION DE TEMPERATURA ING. Julca Orosco. GUIA PARA LA PRECENTACION DE INFORME TECNICO DE LABORATORIO. Creus, A. (1995). Instrumentos industriales. Su ajuste y calibracin. Segunda edicin. Alfaomega, marcombo.

FLUKE. (2014). Calibration: Philosophy in practice. Second edition. Fluke Corporation. Aranda, V. y Velasco, R. (2004). METODOS DE MEDICION, PRUEBA Y CALIBRACION. Nava Jaimes Hctor O. Gua Tcnica de Trazabilidad Metrolgica e Incertidumbre de Medida en la Medicin de Temperatura de Lquidos en Laboratorios de Ensayo. Mxico. Noviembre del 2012. FLUKE. CALIBRACIN DE TEMPERATURA INFRARROJA: Utilizar la herramienta correcta significa trabajar mejor y aumentar la productividad. VAISALA. Calibracin y ajuste de instrumentos de humedad relativa Pros y contras de los diferentes mtodos

LINKOGRAFIA: http://www.testo.com.ar/termometros http://www.sabelotodo.org/termicos/medirtemperatura.html http://www.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/procesos/apuntes/Medicion_de_Temperatura.pdf http://www.myfloridalicense.com/dbpr/HR/forms/documents/5030_065.pdf http://www.isotech-china.com/pdfs/tempcal-es.pdf http://www.cem.es/divulgacion/publicaciones/th-001-procedimiento-para-la-calibraci%C3%B3n-de-term%C3%B3metros-digitales http://www.infoplc.net/files/documentacion/instrumentacion_deteccion/infoPLC_net_MEDICION_DE_TEMPERATURA.pdf