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LABORATORIO DE TERMODINÁMICA
Tabla de contenido
1.- Tema....................................................................................................................................2
2.- Objetivos Generales.......................................................................................................2
3.- Objetivos Específico.......................................................................................................2
4.- Equipo Utilizado...............................................................................................................2
5.- Proceso Experimental....................................................................................................5
6.- Marco Teórico...................................................................................................................2
6.1.- Exactitud y Precisión..............................................................................................2
6.2.- Medición de Temperaturas..................................................................................3
6.3.- Principio de funcionamiento de las termocuplas.........................................4
7.- Procedimiento..................................................................................................................6
8.- Conclusiones Y RECOMENDACIONES......................................................................12
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1.- Tema
BANCO DE TEMPERATURAS
2.- Objetivo general
Realizar la calibración de tres termómetros digitales y uno de mercurio en
base a un termómetro patrón
3.- Objetivos específicos
Determinar en qué consiste el método de ajuste por regresión lineal, su uso
respectivo entorno al análisis que se realiza con la tabla de datos.
Identificar cual es el error verdadero que existe en cada una de las
mediciones que se realizo comparando el termómetro digital 1 (Patrón) con
el resto de termómetros y llevar a cabo su respectiva comparación.
Realizar el reconocimiento de cada uno de los diferentes tipos de
termómetros y clases de termocuplas, determinar su uso, precisión y
apreciación.
4.- Equipo Utilizado
1. Recipiente con Agua
2. Calentadores Eléctricos
3. Agitador
4. Termómetro digital patrón
5. 1 Termómetros de Mercurio
6. 3 Termómetros Digitales
desde hasta desde hasta desde hasta desde hasta
-200 250 0.1 -200 1370 0.1 -250 1250 0.1 -10 400 1
Termómetro de Mercurio
Rango (°C) Apreciacion(°C)
Termometro Digital 1 Termometro Digital 2 Termometro Digital 3
Rango (°C) Rango (°C) Rango (°C)Apreciacion (°C)
Apreciacion(°C)
Apreciacion (°C)
5.- Marco Teórico
5.1.- Exactitud y Precisión
Exactitud: La capacidad de un instrumento de medir un valor cercano al valor de
la magnitud real, es la cercanía del valor experimental obtenido, con el valor exacto
2
de dicha medida. El valor exacto de una magnitud física es un concepto utópico, ya
que es imposible conocerlo sin incertidumbre alguna
Precisión: La capacidad de un instrumento de dar el mismo resultado en
mediciones diferentes realizadas en las mismas condiciones. Esta cualidad debe
evaluarse a corto plazo. No debe confundirse con exactitud ni con reproducibilidad
Rango: Diferencia entre el mayor y el menor valor de la distribución usado como
indicador de dispersión.
Facilidad de Lectura: Es la capacidad que un instrumento da a la persona que
está tomando una lectura la cual es más fácil si tiene una mayor grado de
apreciación
Calibrar: Establecer, con la mayor exactitud posible la correspondencia entre las
indicaciones de un instrumento de medida y los valores de la magnitud que se mide
con él.
Medir: Es comparar una magnitud con otra, tomada de manera arbitraria como
referencia, denominada patrón y expresar cuántas veces la contiene medir
Comparar una cantidad con su respectiva unidad, con el fin de averiguar cuántas
veces la primera contiene la segunda. Al resultado de medir lo llamamos medida.
Cuando medimos algo se debe hacer con gran cuidado, para evitar alterar el
sistema que observamos. Por otro lado , no hemos de perder de vista que las
medidas se realizan con algún tipo de error , debido a imperfecciones del
instrumental o a limitaciones del medidor - errores experimentales - ; por eso , se
ha de realizar la medida de forma que la alteración producida sea mucho menor
que el error experimental que se pueda cometer .
Verificar: Probar que una cosa como por ejemplo una hipótesis de la que se
dudaba es verdadera.
Error de Medición: la inexactitud que se acepta como inevitable al comparar una
magnitud con su patrón de medida. El error de medición depende de la escala de
medida empleada, y tiene un límite.
Los errores de medición se clasifican en distintas clases
Accidentales, aleatorios, sistemáticos
5.2.- Medición de Temperaturas
La Temperatura es difícil de definir, ya que no es una variable tan tangible como lo
es la presión, dado que en su caso, no podemos referirla a otras variables.
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Todos los instrumentos de medición de temperatura cualquiera que fuese su
naturaleza dan la misma lectura en cero por ciento (0%) y 100%, si se calibra
adecuadamente, para muchos fines será totalmente satisfactoria, sin embargo es
posible definir una escala de temperatura de un gas ideal como base suprema de
todo trabajo científico.
La cantidad de calor o el grado de calor se mide sobre una escala específica, es una
propiedad de un cuerpo llamada temperatura.
La temperatura es una medida de la energía total promedio que tiene cada
partícula del objeto en estudio. En un cuerpo más caliente las partículas se mueven
más rápido, debido a que tienen mayor energía cinética. Para los gases, la
temperatura es proporcional a la energía cinética media o promedio de las
partículas.
5.3.- Principio de funcionamiento de las termocuplas
El principio de medición de temperatura utilizando termocuplas se basa en tres principios físicos, que son:
1.- Efecto Seebeck: al unir dos cables de materiales diferentes formando un circuito, se presenta una corriente eléctrica cuando las junturas se encuentran a diferente temperatura.
2.- Efecto Peltier: consiste en que cuando una corriente eléctrica fluye a través de una juntura de dos metales diferentes, se libera o absorbe calor. Cuando la corriente eléctrica fluye en la misma dirección que la corriente Seebeck, el calor es absorbido en la juntura caliente y liberado en la juntura fría.
3.- Efecto Thomson: un gradiente de temperatura en un conductor metálico está acompañado por un gradiente de voltaje, cuya magnitud y dirección depende del metal que se esté utilizando.
En la tabla siguiente se presentan los tipos de termocuplas más utilizadas en la actualidad:
Límite de error
Tipo Combinación de
metales
Códigos de los termo-elementos
Composición química
Rangos de temperatur
aStandard Especial
ANSI-ISA
Termocuplas metálicas
JFierro/
constantanJP Fe
- 73ºC a 427ºC
±2,2ºC ±1,1ºC
4
JN 44 Ni:55 Cu427ºC a
760ºC(± ¾ %) (±1/3%)
KCromel/ Alumel
KP 90 Ni:9 Cr0ºC a
277ºC±2,2ºC ±1,1ºC
KN94
Ni:A1:Mn:Fe277ºC a 1149ºC
(±¾ %) (±3/8 %)
-101ºC a -60ºC
±1.7ºC (±1%)
TCobre/
constantan
TP Cu-75ºC a 93ºC
±0,8ºC (±¾ %)
TN 44 Ni:55 Cu 99ºC a
371ºC(±¾ %) (±3/8 %)
ECromel/
constantan
EP 90 Ni:9 Cr0ºC a
316ºC±1,7ºC ±1,1ºC
EN 44 Ni:55 Cu316ºC a
871ºC(±1/2 %) (±3/8 %)
NNicrosil/
Nisil
NPNi:14.2 Cr:1.4Si
0ºC a 277ºC
±2,2ºC
--
NNNi:4Si:0.15M
g277ºC a 1149ºC
(±3/4 %)
Termocuplas de metales preciosos
RPlatino-rodio/ platino
RP 87Pt:13Rh Disponible hasta
1480°C
Depende del
proveedor
h
RN Pt
SPlatino-rodio/ platino
SP 90Pt:10Rh -18ºC a
538ºC±1,4ºC
SN Pt538ºC a 149ºC
(±1/4 %)
B
Platino-rodio/
Platino-rodio
BP 70Pt:30Rh Disponible hasta
1700°C
Depende del
proveedorBN 94Pt:6Rh
6.- Proceso Experimental
1. Se verifica que todos los termómetros estén encerados y en el caso del
potenciómetro se procede a seleccionar la respectiva termocupla en nuestro
caso una de cobre y constantano lo enceramos a su respectiva manera.
2. Se introduce las termocuplas y los termómetros en el centro del liquido
3. Se enciende entonces el equipo y se comienza a calentar el agua.
4. Se agita el agua para mantener una temperatura constante durante el
ascenso de temperatura y se toma las lecturas correspondientes a la
temperatura ambiente.
5
5. Se asume que el termómetro digital es el más preciso de modo que cuando
este señale la temperatura que aparece en tabla Nro. 1 se realice la
medición. Este será considerado el termómetro Patrón.
6. Se tomara simultáneamente las lecturas en el resto de aparatos las lecturas
se toman en intervalos de 5 grados centígrados, hasta que el agua, llegue a
una temperatura de 60C.
7. Luego de alcanzada esta temperatura se procederá a enfriar el sistema, para
estos se apagarán los calentadores eléctricos, y se permitirá el paso de agua
fría por la resistencia central; lo que agilitará el enfriamiento.
8. De igual manera que en el proceso de calentamiento, cuando en el
termómetro patrón haya descendido 5C se tomará la temperatura que
marquen los otros termómetros hasta llegar nuevamente a la temperatura
con la que se comenzó la práctica.
7.- Procedimiento
Tabla de Datos
TermómetrosDigital
(Patrón)Digital
1 Digital
2Digital 3 Termómetro
de Hg
Tem
pera
tura
Calentamiento
25 24.7 19 24.5 24
30 28.9 21.4 28.6 29
35 34.2 25 34 34
40 39.3 28.9 39.5 39
45 44.1 32.6 44 44
50 49.7 37.3 49.6 49
55 54.8 41.7 54.6 54
60 59.4 45.5 59.7 59
Enfriamiento
60 59.5 45.8 59.3 59
55 55.6 39.5 55 55
50 50.7 33 50.1 50
45 44.5 26.3 44.6 45
40 40.3 21 40 40
35 35.4 15 35 35
30 30.1 7.6 29.3 29
Graficas
6
A.- Calentamiento
7
B.- Enfriamiento
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9
En el cálculo de errores se presentarán 2 tipos de tablas, que representarán el error de precisión y el error de exactitud.
Como ejemplos de cálculo para errores se presentan los siguientes modelos
Error Precisión
El valor referencial en este caso se considera como el valor del patrón, es decir el valor que convencionalmente deberían medir los otros termómetros
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Error de precisión
Digital (Patrón) Electrónico Digital 1 Digital 2
Termómetro de Hg
Calentamiento
0% 0,004 0,000 -0,040 -0,0400% 0,030 0,027 0,000 0,0000% 0,003 0,020 -0,014 -0,0290% 0,000 0,007 -0,025 -0,0250% 0,011 0,011 0,000 0,0000% -0,002 -0,002 -0,020 -0,0400% -0,002 -0,002 -0,018 -0,018
Enfriamiento
0% 0,005 0,007 -0,017 0,0000% 0,002 -0,004 -0,018 -0,0180% 0,000 -0,002 -0,020 0,0000% 0,013 0,013 0,000 0,0000% 0,005 0,003 0,000 0,0000% 0,009 0,006 0,000 -0,029
Error de Exactitud
Error de Exactitud
Digital (Patrón)
Electrónico Digital 1 Digital 2 Termómetro de Hg
Calentamiento
0,00 -0,10 0,00 1,00 1,000,00 -0,90 -0,80 0,00 0,000,00 -0,10 -0,70 0,50 1,000,00 0,00 -0,30 1,00 1,000,00 -0,50 -0,50 0,00 0,000,00 0,10 0,10 1,00 2,000,00 0,10 0,10 1,00 1,00
Enfriamiento
0,00 -0,30 -0,40 1,00 0,000,00 -0,10 0,20 1,00 1,000,00 0,00 0,10 1,00 0,000,00 -0,60 -0,60 0,00 0,000,00 -0,20 -0,10 0,00 0,000,00 -0,30 -0,20 0,00 1,00
8.- Conclusiones Y RECOMENDACIONES
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Ya que el sistema a pesar de ser cerrado por no haber intercambio de masa,
no se dio el equilibrio térmico que deseábamos, lo cual pudimos
comprobarlo en las medidas tomadas. En esto entra el cuasiequilibrio, ya
que pudimos constatar que la temperatura no fue homogénea en todos los
puntos de la masa de agua.
Dentro del tanque el tubo de cobre esta en forma de espiral en el centro y
las resistencias están en cada extremo en la parte inferior lo que hace que la
diferencia de temperatura con la superficie sea apreciable, al mover el
agitador se da el equilibrio pero mediante los datos obtenidos vimos que la
distancia del instrumento a la fuente de calor si hace efecto en la medida
dándonos los errores representados con relación al Patrón.
Pudimos constatar mediante los gráficos que se cumple el cuasiequilibrio,
dándonos la pauta que al observar las medidas tenemos varios
inconvenientes, tales como la incompleta homogeneidad del sistema, el
estado de las termocuplas, el manejo de los termómetros, la escala de los
diferentes instrumentos y la apreciación de cada persona al tratar de sacar
la medida.
Se determino que el termómetro de mercurio es tan bueno como los
costosos termómetros digitales aunque se corre en estos el riesgo de la falla
humana
Se determino que el agua debe ser agitada durante todo el proceso ya que
necesitamos mantener la temperatura constante en todo el recipiente razón
por la cual puede existir muchas imperfecciones
Las ecuaciones que salen con del tipo y= mx+b y de ahí su variación y su
cálculo.
Tener en cuenta la seguridad de cada miembro del grupo, usar siempre las
gafas de seguridad en caso de accidentes, el mandil apropiado, botas
industriales, y demás medidas de seguridad.
Se debe ser cuidadoso con el manejo del agitador para que no haya roturas
de los termómetros durante la práctica.
Bibliografía
YUNUS, Cengel; Termodinámica, Editorial Mc Graw Hill, 2ta Edición,
México 1999
http://www.omniaplastica.it
http://www.plasticseurope.org
http://www.quiminet.com.mx
12
Anexos
BANCO DE TEMPERATURAS
TERMÓMETRO DE MERCURIO
TERMÓMETRO ELECTRÓNICO
13
TERMÓMETRO DIGITAL
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