Laboratorio de Medicion y Calibracion de Temperatura

8/13/2019 Laboratorio de Medicion y Calibracion de Temperatura

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MEDICIN Y CALIBRACIN DE TEMPERATURA[ ] FIM

Laboratorio de ingeniera mecnica I 17

MEDICIO N Y

CALIBRACIO N DE

TEMPERATURA


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Medicin y calibracin de temperatura FIM

Laboratorio de ingeniera mecnica I | 1

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/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=1


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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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0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70

TERMOCUPLA

TEMPERATURA PATRON

TERMOCUPLA VS T.PATRON

GRFICO 1: TERMOCUPLA VS TEMPERATURA PATRON


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0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70

TEMPERATURADEINMERSIONPARCIAL

TEMPERATURA PATRON

T.INM.PARCIAL VS T.PATRON

GRFICO 2: TEMPERATURA DE INMERSION PARCIAL VS TEMPERATURA PATRON


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0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70

TEMPERTAURADEINMERSIONTOTAL

TEMPERATURA PATRON

T.INM.TOTAL VS T.PATRON

GRFICO 3: TEMPERATURA DE INMERSION TOTAL VS TEMPERATURA PATRON


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0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70

TERMOMETROBIMETALICO

TEMPERATURA PATRON

T.BIMETALICO VS T.PATRON

GRFICO 4: TERMOMETRO BIMETALICO VS TEMPERATURA PATRON


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MEDICIN Y CALIBRACIN DE TEMPERATURA[ ] FIM

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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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Laboratorio

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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Laboratorio

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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Laboratorio

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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