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

1

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.

3

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

8

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

10

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

11

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

14