UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de ingeniería mecánica Laboratorio de Ingeniería Mecánica I
Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación
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Profesor:
Curso:
Ing. Mechan Rojas Dante
Laboratorio de Ingeniería Mecánica I
Informe del Ensayo N° 2
FECHA DE PRESENTACIÓN Integrantes:
Medición de Temperatura
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15/04/2015
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Introducción
El termómetro es un instrumento, que se emplea para medir la temperatura; la presentación más común que éste posee es en vidrio, este tubo de vidrio contiene en su interior otro pequeño tubo hecho en mercurio, que se dilata o expande de acuerdo a los cambios de temperatura que mida. Para poder determinar la temperatura que medimos, el termómetro cuenta con una escala graduada cuidadosamente que está estrictamente relacionada con el volumen que ocupa el mercurio en el tubo. Existen infinidad de gamas de termómetros, hoy en día podemos encontrar una presentación un poco más moderna de tipo digital, aunque el mecanismo interno no varía. En el presente laboratorio haremos la calibración de diferentes instrumentos de medición de temperatura (termómetro de bulbo, bimetálico, y termocupla). En vista de no contar en el laboratorio con un termómetro patrón optaremos por considerar uno de nuestros termómetros como patrón ya que la finalidad es conocer el procedimiento de calibración para poder observar los errores de medición de cada instrumento. Asimismo realizaremos las curvas de calibración y de error de los respectivos instrumentos de medida utilizados.
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I. Objetivo:
Conocer los instrumentos de mediciones de temperaturas así mismo distinguir cuál es el más correcto o preciso para medir la temperatura en un líquido determinado.
Aprender a medir temperaturas mediante termómetros de bulbo y corregir la temperatura indicada cuando varía la profundidad de inmersión.
Diferenciar el uso de un termómetro de bulbo de inmersión parcial con uno de inmersión total.
II. Fundamento Teórico:
1.
MEDICIÓN DE TEMPERATURA 1.1 Temperatura ¿Qué es temperatura?, usualmente este término se califica como una magnitud relacionada con la energía interna de una sustancia, es decir los movimientos de las partículas del mismo ya sea traslación, rotación o vibraciones. El calor, cantidad presente en muchas de nuestras fórmulas, depende de la masa del cuerpo, su naturaleza y de la temperatura.
Figura 1: movimientos de partículas.
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Es preciso antes de iniciar cualquier medición, tener por lo menos dos puntos fijos cuyas temperaturas sean constantes y su obtención sea sencilla: 1) Punto fijo bajo o punto de hielo, que es la temperatura del hielo preparado con agua destilada cuando se funde a una presión de 760mm. de mercurio. 2) Punto fijo superior o punto de vapor, que es la temperatura del vapor del agua destilada que ebulle a una presión de 760 mm de mercurio.
Figura 2: punto de hielo, parte inferior; punto de vapor, parte superior.
1.2 Unidades de temperatura
Las escalas de medición de la temperatura se dividen fundamentalmente en dos tipos, las relativas y las absolutas. Los valores que puede adoptar la temperatura en cualquier escala de medición, no tienen un nivel máximo, sino un nivel mínimo: el cero absoluto.[1] Mientras que las escalas absolutas se basan en el cero absoluto, las relativas tienen otras formas de definirse.
Relativas
Grado Celsius (°C). Para establecer una base de medida de la temperatura Anders Celsius utilizó (en 1742) los puntos de fusión y ebullición del agua. Se considera que una mezcla de hielo y agua que se encuentra en equilibrio con aire saturado a 1 atm está en el punto de fusión. Una mezcla de agua y vapor de agua (sin aire) en equilibrio a 1 atm de presión se considera que está en el punto de ebullición. Celsius dividió el intervalo de temperatura que existe entre éstos dos puntos en
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100 partes iguales a las que llamó grados centígrados °C. Sin embargo, en 1948 fueron renombrados grados Celsius en su honor; así mismo se comenzó a utilizar la letra mayúscula para denominarlos.
Grado Fahrenheit (°F). Toma divisiones entre el punto de congelación de una disolución de cloruro amónico (a la que le asigna valor cero) y la temperatura normal corporal humana (a la que le asigna valor 100). Es una unidad típicamente usada en los Estados Unidos; erróneamente, se asocia también a otros países anglosajones como el Reino Unido o Irlanda, que usan la escala centígrada.
Absolutas Las escalas que asignan los valores de la temperatura en dos puntos diferentes se conocen como escalas a dos puntos. Sin embargo en el estudio de la termodinámica es necesario tener una escala de medición que no dependa de las propiedades de las sustancias. Las escalas de éste tipo se conocen como escalas absolutas o escalas de temperatura termodinámicas.
Sistema Internacional de Unidades (SI)
Kelvin (K) El Kelvin es la unidad de medida del SI. La escala Kelvin absoluta es parte del cero absoluto y define la magnitud de sus unidades, de tal forma que el punto triple del agua es exactamente a 273,16 K.[1]
Aclaración: No se le antepone la palabra grado ni el símbolo º.
Sistema Anglosajón de Unidades:
Grado Rankine (°R o °Ra). Escala con intervalos de grado equivalentes a la escala Fahrenheit. Con el origen en -459,67 °F (aproximadamente).
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1.3 Tipos de termómetros
Termómetro de mercurio: es un tubo de vidrio sellado que contiene un líquido, generalmente mercurio o alcohol coloreado, cuyo volumen cambia con la temperatura de manera uniforme. Este cambio de volumen se visualiza en una escala graduada. El termómetro de mercurio fue inventado por Fahrenheit en el año 1714.
Pirómetro: son utilizados en fundiciones, fábricas de vidrio, etc. Existen varios tipos según su principio de funcionamiento:
o
Pirómetro óptico: se fundamentan en la ley de Wien de distribución de la radiación térmica, según la cual, el color de la radiación varía con la temperatura. El color de la radiación de la superficie a medir se compara con el color emitido por un filamento que se ajusta con un reostato calibrado. Se utilizan para medir temperaturas elevadas, desde 700 °C hasta 3.200 °C, a las cuales se irradia suficiente energía en el espectro visible para permitir la medición óptica.
o
Pirómetro de radiación total: se fundamentan en la ley de StefanBoltzmann, según la cual, la intensidad de energía emitida por un cuerpo negro es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta.
o
Pirómetro de infrarrojos: captan la radiación infrarroja, filtrada por una lente, mediante un sensor fotorresistivo, dando lugar a una corriente eléctrica a partir de la cual un circuito electrónico calcula la temperatura. Pueden medir desde temperaturas inferiores a 0 °C hasta valores superiores a 2.000 °C.
Termómetro de lámina bimetálica: Formado por dos láminas de metales de coeficientes de dilatación muy distintos y arrollados dejando el coeficiente más alto en el interior. Se utiliza sobre todo como sensor de temperatura en el termohigrógrafo.
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Termómetro de resistencia: consiste en un alambre de algún metal (como el platino) cuya resistencia eléctrica cambia cuando varía la temperatura.
Termopar: un termopar es un dispositivo utilizado para medir temperaturas basado en la fuerza electromotriz que se genera al calentar la soldadura de dos metales distintos.
Los termómetros digitales son aquellos que usan alguno de los efectos físicos mencionados anteriormente y donde luego se utiliza un circuito electrónico para medir la temperatura y luego mostrarla en un visualizador.
III. Elementos a utilizar: a) Termocupla
b) Termómetro de Bulbo de inmersión parcial
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c) Dos termómetro de Bulbo de inmersión total
d) Tanque de aceite
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e) Agitador
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IV. Procedimiento: 1. Tenemos como patrón a la termocupla (en si solo es un sensor que también mide la temperatura). 2. Se tiene 3 termómetros de bulbo que no se encuentran calibrados, siendo 2 de estos de inmersión total y el otro de inmersión parcial. 3. Los tres termómetros se colocan dentro del tanque de aceite (evitar impurezas en la sustancia de calibración), el cual contiene dentro el agitador que le aumenta la temperatura. 4. Mantener el patrón lo más cerca posibles de los termómetros a calibrar, pero sin tocarlo. 5. En los termómetros de inmersión total el bulbo y toda la columna del líquido (unos cuantos milímetros por arriba del nivel del líquido) están inmersos en el medio a la temperatura que va a ser medida. 6. En los termómetros de inmersión parcial, se les debe sumergir justamente hasta la marca de inmersión parcial que llevan grabada. 7. Cogemos 5 puntos de referencia de temperatura, en donde tomamos las medidas de los termómetros y la termocupla. 8. Después sacamos los termómetros del tanque y así se calibraron los termómetros.
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V. Cálculos y Resultados:
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VI. Conclusiones y recomendaciones: VI.a) Conlusiones
VI.b) Recomendaciones
Se debe leer las temperaturas simultáneamente para así minimizar los errores.
Se recomienda hacer las mediciones de temperaturas lo más rápido posible, ya que los termómetros expuestos al ambiente, tienden a disminuir su temperatura.
Se debe medir la temperatura del ambiente (temperatura del bulbo seco y bulbo húmedo), así como la presión y la humedad relativa, para conocer bajo qué condiciones estamos trabajando.
VII. Bibliografía: -EL LABORATORIO DEL INGENIERO MECANICO AUTOR: JESSE SEYMOUR DOOLITTLE (1962)
-MANUAL DE LABORATORIO DE INGENIERO MECANICO TOMO I, UNI
