practica 1 - termometría

7/24/2019 Practica 1 - Termometra

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LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALORPrctica # 1: TERMOMETRA

1. OBJETIVOS: Conocer y utilizar adecuadamente algunos de los instrumentos y mtodos

tpicos para realizar mediciones de temperatura en ingeniera. Aprender a calibrar un instrumento de medicin de temperatura. Defnir cules son los instrumentos de medicin y el procedimiento

adecuado para medir la temperatura en el enmeno a estudiar ademsidentifcar la precisin de los dierentes instrumentos de medicin detemperatura.

2. MARCO TERICO:A. INTRODCCIN

!ara la mayora de las personas el concepto de temperatura surge de lapercepcin sensorial del calor y del ro. "in embargo es e#idente $ue talsensacin fsiolgica no basta para la e#aluacin precisa de la temperatura.%a&'ell defni la temperatura de un cuerpo como: "Su estado trmico enreferencia a su posibilidad de comunicar calor a otros cuerpos(. )l concepto detemperatura puede ser entendido como la *ey Cero de la +ermodinmica.

*a medicin de temperatura es entonces un enmeno $ue depende de latranserencia de calor entre dos cuerpos en un tiempo determinado y cuandostos estn aislados del ambiente. Desde el punto de #ista molecular ,oltzmann

afrma $ue: La temperatura es el promedio de la energa cintica de translacinde las molculas.

*a Comisin -nternacional de !esas y %edidas eligi como punto de reerencia elpunto triple del agua situacin en el cual la temperatura es constante dado elcambio de ase. )n ese punto la temperatura asignada es /01 2.

3n cambio en la temperatura de un cuerpo genera notables cambios sicos y$umicos por e4emplo: dilatacin trmica cambio de presin cambio deresistencia elctrica y mecnica emisin de radiacin cambio de estado entreotros.

Algunas temperaturas de reerencia son:

Celsius 2el#in 5ar6en6eit 7an8ine

Cero Absoluto 9/0.1 9;


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!unto del 6ielo /0.;< 0 ;=1./

!unto tripleagua

.1 /0.1 0. ;=1.=

!unto del#apor

1 0/0.1 1 /1./

T (C)=T( F)32(59 )T (F)=T(C)+32( 95 )T (K)=T(C)+273.16

T(R )=T( F)+459.67

)n trminos generales el calor es una orma de energa y la temperatura es el#alor de esa energa en un punto determinado.

B. TIPOS DE INSTRMENTOS PARA MEDICIN DE TEMPERATRA

TERMMETROS: +ransductores $ue con#ierten la temperatura en mo#imientopor e4emplo el de mercurio alco6ol o bimetlico.


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+ermmetro de l$uido en #idrio: de 91/ a C.

"uele emplear mercurio. +anto el bulbo como el cristal deben serresistentes a altas temperaturas y presiones debido a $ue est e&puesto aun aumento permanente del #olumen del l$uido interno.

+ermmetro de ,ec8mann: +iene una escala deC en 0 cm. Con di#isiones de .1>C. Dado$ue es un termmetro dierencial solo sir#e paramedir dierencias de temperatura la e&actitudconseguida est entre . y .< >C. )sa

e&actitud se logra ya $ue el instrumento no estcalibrado con un punto de reerencia sino $ueemplea la dierencia de temperatura la cual esigual en cual$uier escala de medicin.

+ermmetro de cinta bimetlica: Consiste en unacinta 6ec6a de dos metales de coefcientes dedilatacin trmica muy dierente unidos en toda sulongitud. )l cambio de temperatura genera una

cur#atura en uno de los metales. Dado $ue 6ay une&tremo f4o un indicador puesto en el e&tremo librese mue#e sobre una escala graduada.

Figura 1. Termmetro de

Lquido


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SISTEMAS TERMALES: +ransductores $uecon#ierten la temperatura en presin ymo#imiento por e4emplo de l$uido #apor o gas.?ste tipo de termmetros son de alta precisin ysu uso es amplio en laboratorios de patrones. "eemplea un sistema cerrado con un gas inerte puesto $ue la presin del gas en unrecipiente cerrado es proporcional a su temperatura absoluta. 3no de lostermmetros de gas ms usado en la industria esel termmetro de ,ourdon.

)&isten tambin los termmetros de #apor a presin $ue emplean el mismoprincipio $ue el de gas. )n el recipiente cerrado se encuentra un l$uido y su#apor. *a medicin de temperatura se 6ace correlacionando la presin del #apor ysus propiedades para obtener la temperatura. "e emplean generalmente l$uidoscomo el +olueno $ue presentan un comportamiento casi lineal de la temperaturarespecto de la presin.

TERMOEL!CTRICOS:+ransductores $ue con#ierten la temperatura en energaelctrica y mediante un circuito en mo#imiento por e4emplo los termoparesresistencias de radiacin u pticos.

"on instrumentos muy con#enientes debido a $ue proporcionan una se@al $uepuede detectarse con acilidad y amplifcarse o usarse para propsitos de control.

+ermmetros de resistencia: )s un mtodo bastante e&acto de medicin detemperatura el cual consiste en la medicin del cambio de resistenciaelctrica del elemento termo resisti#o. "e pueden encontrar los termistores+C y !+C sensores !+1 !+


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+ermmetros de potencial: )s el principiode uncionamiento de los termopares o+ermocuplas. )l contacto de dos metalesdismiles genera una uerza electromotrizpor el eecto "eebec8. "e empleancomBnmente las combinaciones deplatino rodio cromo 6ierro y aluminio ycada combinacin tiene una temperaturalmite.

)l aumento de temperatura genera un cambio en el potencial elctrico delmaterial bimetlico permitiendo medir esa dierencia de potencial ytraducirlo a temperatura con la ayuda de los coefcientes lineales de cadamaterial.

+ermmetros por eecto radiante:)l pirmetro ptico: compara elbrillo de un cuerpo caliente con unauente de luz a4ustada y calibradacomo se obser#a en la fgura


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Campo de medida de los instrumentos de temperatura

Congelacin del Agua Ebullicin del Agua

1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000

-273 -270 -265 -260 -250 -200 -100 0 10 0 50 0 1 00 0 2 00 0 5 00 0EC)+-F7ADG"

2)*H-)"

PARAA!"E#$C%

P$R&E#R% &P#$C%

P$R&E#R% RA'$AC$&" (A)% CAP%

#ER%C*P+A P+A#$"% - P+A#$"% R%'$%#ER%C*P+A CR%E+ - A+*E+

#ER%C*P+A ,$ERR% - C%"#A"#A"

#ER%C*P+A C%(RE - C%"#A"#A"

#ER%C*P+A CR%E+ - C%"#A"#A"

P*E'E *#$+$.AR.E PER%"% E REC%$E"'A

#ER$#%R

E"%R 'E !ERA"$%

%"'A 'E RE$#E"C$A 'E P+A#$"%

%"'A 'E RE$#E"C$A 'E "/*E+

$'R$% ($E#A+$C%

(*+(% 'E AP%R(*+(% 'E !A

(*+(% 'E ERC*R$%

P$R&E#R% RA'$AC$&" A+#% CAP%

igura 1

Figura . !ampo de medida de los instrumentos de temperatura.

C. EL ERROR EN LA MEDICIN DE TEMPERATRA

)l error en la medida de temperatura est bsicamente asociado a latranserencia de calor entre el termmetro y el ob4eto de medicin por e4emplo:

*a radiacin procedente de una uente radiante el sol una lmparaincandescente las paredes del recipiente etc altera la medicin de latemperatura.

*a 6umedad en el bulbo con un l$uido $ue se e#apora durante la

medicin de la temperatura de un gas recuerde el eecto de la mec6a6Bmeda al medir la 6umedad relati#a.

A este tipo de error se le conoce como "rrr "$tticdado $ue son eectosa4enos al sistema de medicin y al medio $ue se mide.

Gtra uente de error es el denominado "rrr %i&'icy es el $ue est asociadaal tiempo de medicin es decir dierentes instrumentos presentan dierentesdemoras al medir la temperatura de un medio.


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"upngase un sensor de temperaturasumergido en un Iu4o l$uido a rgimenpermanente con la temperatura de losalrededores ms calientes $ue l mismo

5igura /. *a energa trmica $ue recibe porel mecanismo de con#eccin Qh y por

radiacin Qr es igual a la energa

transmitida por conduccin Qk=Qh+Qr . "i

se da un cambio brusco de la temperatura enel Iuido y la resistencia trmica del sensor esdespreciable comparada con las resistencias

por con#eccin y radiacin Rsensor ,

el balance de energa para esteproceso transiente es:

Q=dQ

dt=dU

dt[1]

Consideremos tambin como parte representati#a del e4emplo $ue el sensortiene una pe$ue@a longitud * proporcional al tama@o mismo de la parte sensibleuna masa m calor especfco C y temperatura + la ecuacin 1 se puede escribiren trminos de la temperatura as:

hA (TfT)=mCdT

dt JK

Donde:6: Coefciente de transerencia de calor por con#eccin y radiacin.A: Lrea de contacto en la parte de sensor considerado.+: +emperatura del Iuido.+: +emperatura del termosensor.

Aplicando separacin de #ariables se obtiene la ecuacin dierencial de primergrado:

dt

(mChA)=

dT

TfT[3]

Figura 7. Fluo de calor del am!iente al

sensor


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*a primera e&periencia es el conocimiento de e$uiposO se presentarn losdierentes termmetros y su aplicacin en algunos casos tpicos adems sedarn las recomendaciones generales para su utilizacin adecuada.

ERRORES EST/TICOS: *a e&periencia busca inducir errores en dierentestermmetros para identifcar su origen y magnitud. Detectaremos la

temperatura aparente $ue es atra#esado por la radiacin trmicapro#eniente de ob4etos de dierentes temperaturas y superfcies.+ambin determinaremos el eecto de la #elocidad de un gas sobre eltermmetro esttico $ue busca medir su temperatura. *uego obser#aremosel eecto de 6umectar un termmetro al medir la temperatura ambiente yfnalmente #eremos el error de +6orpe $ue se debe a la inmersin parcial deun termmetro cuando este 6a sido calibrado ba4o inmersin total.

)4ercicio: )&pli$ue el posible origen de los errores estticos y 4ustif$ue sumagnitud en trminos del enmeno trmico.

ERRORES DIN/MICOS:Consiste en determinar el tiempo de respuesta deun sensor trmico a responder felmente ante un cambio sBbito detemperatura en cual$uier direccin.


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termmetros demercurio4

#ermocupla

#

t

(a5o 0>C Agua ,ir6iendo Aire caliente

)4ercicio: %edir los dierentes tiempos de respuesta de las dierentestermocuplas. Fraf$ue la temperatura en uncin del tiempo de respuesta ye&pli$ue las dierencias. 3se las ecuaciones mostradas y pngalas en elconte&to del e&perimento para e&plicar el enmeno.

CALIBRACIN: *a e&periencia de calibracin consiste en comparar el #alorde la temperatura $ue mide el termmetro a calibrar + con el #alor de la

temperatura del termmetro patrn +p cuando los dos estn en e$uilibriotrmico por e4emplo desde el punto de usin del agua 6asta su punto dee#aporacin. "e colocan los dos sensores en un ba@o l$uido contenido enun recipiente adiabtico. "e cambia la temperatura del ba@o y se registranlas temperaturas #arias #eces.

)4ercicio: Compare las dierencias entre el termmetro a calibrar y el patrn.Fraf$ue la cur#a de 6istresis con base en los #alores del termmetropatrn y comprela con las grfcas de temperatura de los instrumentos.

Cronmetro

7C

.


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OTRAS MEDICIONES:

)4ercicios:!ara termopares tipo 2 y P compare el #alor de la lectura del #oltmetro conrelacin a las tablas de las termocuplas.

%ida algunas temperaturas con una termocupla. Adicione otra termocupla endierentes arreglos paralelo y serie y mida la misma temperatura. QRuresultado se obtieneS. Defna su tendencia y posibles aplicaciones de stosarreglos.

REFERENCIAS- TG*%A P.!. %todos e&perimentales para ingenieros. %c. Fra'9Till.

- C)F)* Uunus y ,G*)" %ic6ael. +ermodinmica. "eptima ed. %c. Fra'9Till 1

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6ttp:MM'''.ing.unlp.edu.arMelectrotecniaMprocesosMapuntesM%edicionVdeV+emperatura.pd- 6ttp:MMlaboratorios.f.uba.arMlscmMtermometros.pd
http://www.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/procesos/apuntes/Medicion_de_Temperatura.pdfhttp://laboratorios.fi.uba.ar/lscm/termometros.pdfhttp://laboratorios.fi.uba.ar/lscm/termometros.pdfhttp://www.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/procesos/apuntes/Medicion_de_Temperatura.pdf

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