1. OBJETIVOS.

1.1 Objetivo general

Familiarizar al estudiante de Ingeniería Mecánica con distintos

instrumentos usados para medir temperatura.

1.2 Objetivos específicos

Aprender el principio de funcionamiento de los instrumentos de

medición de temperatura utilizados en la práctica.

Identificar la aplicación más adecuada de los diferentes instrumentos

utilizados.

Realizar mediciones correctas con los instrumentos utilizados.

Realizar las curvas de calibración de los termómetros.

4

2. INTRODUCCIÓN.

En el campo de la instrumentación, las mediciones de temperatura son algo

frecuentes, sin embargo, si no se emplean las técnicas o los equipos

adecuados, estas mediciones pueden ser erróneas y por lo tanto pueden traer

consecuencias económicas o de cualquier otro tipo.

Existen diferentes instrumentos en el mercado actual para la medición de la

temperatura en donde el más común es el termopar por diferentes razones,

este instrumento es un dispositivo de estado sólido que se utiliza para convertir

la energía en voltaje, consta de dos metales diferentes empalmados en una

juntura. [1]. Las características que nos ofrece el termopar en cuestión de

medición de la temperatura son el amplio intervalo de temperatura de uso, su

robustez, la rápida respuesta a cambios de temperatura, versatilidad de uso y

su bajo costo.

El termopar fue descubierto por Thomas Seebeck en 1831. El descubrió que

una corriente eléctrica fluía en un circuito cerrado de dos metales distintos

cuando una de las uniones era calentada. La magnitud y dirección de la

corriente son función de la diferencia de temperatura de las uniones y de las

propiedades térmicas de los metales usados en el circuito.

También podemos encontrar otros instrumentos de medición de

temperatura como son el termómetro de mercurio y el termómetro bimetálico, el

primer instrumento mencionado puede funcionar en la gama que va de -39 °C

(punto de congelación del mercurio) a 357 °C (su punto de ebullición), con la

ventaja de ser portátiles y permitir una lectura directa [2]. El termómetro

bimetálico es empleado para la medida directa de temperatura, el elemento de

medida del termómetro bimetálico es una hélice metálica de respuesta rápida.

Es fabricado a partir de dos tiras de metal soldadas en frio con diversos

coeficientes térmicos de expansión, que se tuercen en función de la

temperatura [3]. Es importante resaltar que todos estos instrumentos de

medición de temperatura se diferencian entre sí por el ámbito en el cual son

empleados y de lo que se encargan de medir.

5

3. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS.

3.1 Equipos:

Termómetro de Mercurio:o Marca Ludwig Schneider

o Apreciación ± 1ºC

o Capacidad 200 ºC

Termopar:o Marca 4M Industries Inc.

o Apreciación ± 0,1 mV

o Capacidad 200 mV

o Serial 042387

Termómetro Bimetálico:o Marca Weston

o Apreciación ± 5ºC

o Capacidad 300ºC

Cronómetro:o Teléfono móvil marca Huwaei

Cocinilla Eléctrica:o Marca Jenway

o Modelo 1001 Hotplate

Multímetro Digital:o Modelo DMB 203

o Capacidad 1000 mV

o Apreciación ± 0,1 mV

3.2 Materiales:

Recipiente Plástico y Metálico. Agua. Hielo.

6

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

1. Se encendió la cocinilla eléctrica.

2. Luego se procedió después de encendida la cocinilla a registrar la

temperatura en cada termómetro empleado y la diferencia de

potencial generada a través del termopar. Esta medida corresponde

al minuto cero.(Ver figura 4.1)

3. Con la ayuda de un cronometro (celular) se midió en un intervalo de

un minuto de diferencia entre cada medida la variación de

temperatura y de potencial que se generaba en el agua.

4. Posteriormente una vez que la diferencia de temperatura y potencial

fue igual a cero (punto de ebullición del agua) se apagó la cocinilla.

Figura 4.1: Montaje del termopar

7

5. RESULTADOS

Tabla 5.1: Datos obtenidos del laboratorio referentes al experimento realizado.

Tiempo (min) Bimetalico (°C) Mercurio (°C) Termopar (mV)

0 25 30 1,4

1 25 29 1,5

2 30 31 1,6

3 30 34 1,7

4 35 38 1,9

5 40 41 2,1

6 40 45 2,3

7 45 50 2,5

8 50 54 2,7

9 55 58 2,9

10 55 61 3,1

11 60 65 3,3

12 65 69 3,5

13 70 74 3,7

14 70 76 3,9

15 75 80 4,1

16 80 83 4,2

17 80 87 4,4

18 85 89 4,5

19 85 91 4,7

20 90 94 4,8

21 90 96 4,9

22 95 97 5

23 95 99 5,1

24 95 99 5,1

25 95 99 5,1

8

20 30 40 50 60 70 80 90 1000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Termometro Mercurio (°C)

Term

omet

ro B

imet

alico

(°C)

Grafica 5.1: Curva de calibración para el termómetro bimetálico (termómetro patrón: termómetro de mercurio).

20 30 40 50 60 70 80 90 100 1100

102030405060708090

100

Termometro Mercurio (°C)

Term

omet

ro B

imet

alico

(°C)

Grafica 5.2: Curva de calibración ajustada por mínimos cuadrados referente al

9

termómetro bimetálico

Ecuación de la Recta: Y= 0,9796X - 2,7404 (Ec.5.1)

20 30 40 50 60 70 80 90 100 1100

1

2

3

4

5

6

Termometro Mercurio (°C)

Term

opar

(mV)

Grafica 5.3: Curva de calibración para el termopar (termómetro patrón: termómetro de mercurio).

20 30 40 50 60 70 80 90 1000

1

2

3

4

5

6

Termometro Mercurio (°C)

Term

opar

(mV)

Grafica 5.4: Curva de calibración ajustada por mínimos cuadrados referente al termopar.

10

Ecuación de la Recta: Y= 0,0516X - 0,0477 (Ec.5.2)

Tabla 5.2: Datos de equivalencia entre milivoltios (mV) y grados centígrados (°C)

Multimetro (mV) Termopar (°C) Mercurio (°C)

1,4 28 30

1,5 30 29

1,6 32 31

1,7 34 34

1,9 38 38

2,1 42 41

2,3 46 45

2,5 50 50

2,7 54 54

2,9 58 58

3,1 62 61

3,3 66 65

3,5 70 69

3,7 74 74

3,9 78 76

4,1 82 80

4,2 84 83

4,4 88 87

4,5 90 89

4,7 94 91

4,8 96 94

4,9 98 96

5 100 97

5,1 102 99

5,1 102 99

5,1 102 99

11

20 30 40 50 60 70 80 90 100 1100

20

40

60

80

100

120

Termometro Mercurio (°C)

Term

opar

(°C)

Grafica 5.5: Curva de calibración para el termopar en escala de centígrados (termómetro patrón: termómetro de mercurio).

20 30 40 50 60 70 80 90 100 1100

20

40

60

80

100

120

Termometro Mercurio (°C)

Term

opar

(°C)

Grafica 5.6: Curva de calibración ajustada por mínimos cuadrados referente al termopar en escala de grados centígrados

Ecuación de la Recta: Y= 1,0327X – 0,954 (Ec.5.3)

12

Figura 5.7: Curvas de voltaje contra temperatura para distintos termopares.

Figura 5.8: Curvas de voltaje contra temperatura para distintos termopares.

13

0 5 10 15 20 25 300

20

40

60

80

100

120

Bimetalico (°C)Mercurio (°C) Termopar (°C)

Tiempo (Minutos)

Tem

pera

tura

(°C)

Figura 5.9: Curvas de Temperatura contra tiempo para los distintos termómetros

empleados.

14

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS.

Los datos que fueron obtenidos experimentalmente (Tabla 5.1) se

pudieron expresar en graficas o curvas de calibración, la primera fue referente

al termómetro bimetálico y la otra al termopar (Grafica 5.1 y Grafica 5.3

respectivamente). Ambas figuras reflejaron una tendencia cuasi lineal o a una

línea recta, esto nos indica que los dos instrumentos presentados en el

laboratorio para la medición de temperatura poseen cierto nivel de calibración

con respecto al instrumento patrón, que en nuestro caso fue el termómetro de

mercurio.

En el caso del termopar fue necesario emplear una tabla de conversión e

interpolar para obtener los datos necesarios reflejados en la tabla 5.2 ya que los

datos iniciales del termopar estaban en milivoltios se necesitó la conversión a

grados centígrados, para así poder graficar dichos valores. (Figura 5.5)

Las dos curvas de calibración fueron ajustadas por el método de los

mínimos cuadrados (Figura 5.2 y Figura 5.6), con sus respectivas ecuaciones

obtenidas de cada una (Ec 5.1 y Ec 5.3), con dichas ecuaciones se pudo

determinar que el instrumento más preciso y mas calibrado es el termopar ya

que presentaba una descalibración de 0,847 °C aproximadamente en cambio el

termómetro bimetálico presentaba una descalibración de 4,368 °C, en el caso

de este termómetro es recomendable aplicar los procedimientos pertinentes

para reducir el error presentado a lo más mínimo posible.

Para determinar el material del cual está compuesto el termopar solo

bastó con comparar la grafica de milivoltios vs temperatura (Grafica 5.3)

con las graficas de milivoltios vs temperatura para varios termopares en el

mercado (Grafica 5.7 y Grafica 5.8) y visualizar cuál de estas coincidía o

cual era más semejante, en este caso se observó que es Hierro-

Constatan.

15

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

7.1 Conclusiones

Se aprendió el principió de funcionamientos de los instrumentos de

medición de temperatura.

El instrumento más preciso fue el termopar y el menos fue el termómetro

bimetálico.

Se realizaron curvas de calibración para todos los instrumentos teniendo

en cuenta el termómetro de mercurio como patrón.

El material desconocido del termopar resultó ser Hierro-Constatan.

Las curvas de variación de temperatura contra el tiempo para los tres

instrumentos mostraron un comportamiento similar.

16

7.2 Recomendaciones

Prestar atención al cronómetro utilizado para medir el tiempo ya que de

no ser así los valores en los cambios de temperatura serán diferentes y puede

ocasionar imprecisión.

Tener cuidado con el uso de la cocinilla y no acercarle nada que pueda

ser inflamable.

Los termómetros no deben hacer contacto entre ellos ya que esto

afectaría los resultados de la

17

8. BIBLIOGRAFIA

1. 148.202.12.120. Termopar. Disponible en :

[http://148.202.12.20/temas/control/memo/termopar.html]

2. Escolares.Net. Termómetro. Disponible en:

[http://www.escolares.net/fisica/termometro/]

3. Koboldmessring. Termómetro Bimetálico. Disponible en:

[

http://www.koboldmessring.com/fileadmin/koboldfiles/pdf/es/t2es_t

bi-i-s.pdf]

4. Conceptodefinición. Temperatura. Disponible en:

[http://conceptodefinicion.de/temperatura/]

5. Definición. Calor. Disponible en:

[http://definicion.de/calor/]

6. Diccionario. Calor Específico. Disponible en:

[http://diccionario.motorgiga.com/diccionario/calor-especifico-

definicion-significado/gmx-niv15-con193340.htm]

7. Mitecnologico. Escalas De Temperatura. Disponible en:

[http://www.mitecnologico.com/Main/EscalasDeTemperatura]

8. Docstoc. Termómetros. Disponible en:

[http://www.docstoc.com/docs/6285158/Termometros]

18

9. Tiempo. Clases de Termómetro. Disponible en:

http://foro.tiempo.com/diferentes-clases-de-termometros-

[t20730.0.html]

10. Metas. Termopares. Disponible en:

[http://www.metas.com.mx/guiametas/La-Guia-MetAs-02-07-TC.pdf]

11. Metas. Termómetro de Resistencia. Disponible en:

[http://www.metas.com.mx/guiametas/La-Guia-MetAs-02-11-

RTD.pdf]

12. Sapiensman. Termistores. Disponible en:

[http://www.sapiensman.com/medicion_de_temperatura/termistores.

htm]

13. Robótica. Pirómetro. Disponible en:

[http://robotica.es/2011/01/12/pirometro/]

14. Rena. Temperatura y Equilibrio. Disponible en:

[http://www.rena.edu.ve/TerceraEtapa/Fisica/TempEquilibrio.html]

15. Mitecnologico. Sensores de Temperatura. Disponible en:

[http://www.mitecnologico.com/Main/SensoresDeTemperatura]

16. Quincycompressor. Tipos de Temperatura. Disponible en:

[http://www.quincycompressor.com.mx/glosario.html]

19

APÉNDICES

20

Apéndice A. Ejemplo de Cálculos.

Calibración del Termómetro Bimetálico:

Se empleó el Termómetro de Mercurio como Instrumento Patrón.

Para la calibración de este termómetro se utilizó la regresión numérica mediante mínimos cuadrados para obtener la recta aproximada, bajo los siguientes datos:

Tabla A.1: Valores referentes al método de los mínimos cuadrados para la calibración del termómetro bimetálico.

n Mercurio (Xi) Bimetalico (Yi) Xi^2 Xi.Yi1 29 25 841 7252 31 30 961 9303 34 30 1156 10204 38 35 1444 13305 41 40 1681 16406 45 40 2025 18007 50 45 2500 2250

8 54 50 2916 27009 58 55 3364 3190

10 61 55 3721 335511 65 60 4225 390012 69 65 4761 448513 74 70 5476 518014 76 70 5776 532015 80 75 6400 600016 83 80 6889 664017 87 80 7569 696018 89 85 7921 756519 91 85 8281 773520 94 90 8836 846021 96 90 9216 864022 97 95 9409 921523 99 95 9801 940524 99 95 9801 940525 99 95 9801 9405

21

Σ 1739 1635 134771 127255

Para obtener la recta aproximada se empleó:

y=mx+b

T Bimetalico=mT Hg+b

Se calcula la pendiente “m” bajo la siguiente ecuación:

m=n∑ xy−∑ x∑ y

n∑ x2−(∑ x )2

Sustituyendo los valores dados en la tabla A.1:

m=(25∗127255 )−(1635∗1739)

(25∗134771 )−(1739)2 =338110332400

=0,97959172

Se calcula b, que corresponde al corte de la recta con el eje de las ordenadas bajo la siguiente ecuación:

b=∑ x2∑ y−∑ x∑ xy

n∑ x2−(∑ x)2

b=(134771∗1635 )−(1739∗127255)

(25∗134771 )−(1739)2 =−945860345154

=−2,74039994

La ecuación de la recta para la calibración del termómetro bimetálico será:

T Bimetalico=(0,9796 )∗T Hg−2,7404

22

Se obtienen los dos puntos para trazar la recta:

Para T Hg=30

T Bim1=(1,0172∗30 )+3.0366

T Bim1=33 ,5526 ° C

T Hg=75T Bim1=(1,0172∗75 )+3,0366

T Bim1=79,3266 °C

Calibración del Termopar:

Se empleó el Termómetro de Mercurio como Instrumento Patrón.

Para la calibración de este termómetro se utilizó la regresión numérica mediante mínimos cuadrados para obtener la recta aproximada, bajo los siguientes datos:

Tabla A.2: Valores referentes al método de los mínimos cuadrados para la calibración del termopar en escala de milivolts.

n Mercurio (Xi) Multimetro (Yi) Xi^2 Xi.Yi1 29 1,5 841 43,52 31 1,6 961 49,63 34 1,7 1156 57,8

4 38 1,9 1444 72,25 41 2,1 1681 86,16 45 2,3 2025 103,57 50 2,5 2500 1258 54 2,7 2916 145,89 58 2,9 3364 168,2

10 61 3,1 3721 189,111 65 3,3 4225 214,5

23

12 69 3,5 4761 241,513 74 3,7 5476 273,814 76 3,9 5776 296,415 80 4,1 6400 328n Mercurio (Xi) Multimetro (Yi) Xi^2 Xi.Yi

16 83 4,2 6889 348,617 87 4,4 7569 382,818 89 4,5 7921 400,519 91 4,7 8281 427,720 94 4,8 8836 451,221 96 4,9 9216 470,422 97 5 9409 48523 99 5,1 9801 504,924 99 5,1 9801 504,925 99 5,1 9801 504,9

Sumatoria: 1739 88,6 134771 6875,9

Para obtener la recta aproximada se empleó:

y=mx+b

T termopar=mT Hg+b

Se calcula la pendiente “m” bajo la siguiente ecuación:

m=n∑ xy−∑ x∑ y

n∑ x2−(∑ x )2

Sustituyendo los valores dados en la tabla A.2:

m=(25∗6875,9 )−(1739∗88,6)

(25∗134771 )−(1739)2 =17822,1345154

=0,05163521

24

Se calcula b, que corresponde al corte de la recta con el eje de las ordenadas bajo la siguiente ecuación:

b=∑ x2∑ y−∑ x∑ xy

n∑ x2−(∑ x)2

b=(134771∗88,6 )−(1739∗6875,9)

(21∗134771 )−(1739)2 =−16479,5

345154=−0,04774535

La ecuación de la recta para la calibración del termopar será:

T termopar=(0,0516 )∗T Hg−0,0477

Se obtienen los dos puntos para trazar la recta:

Para T Hg=30

T Bim1=(0,0516∗30 )−0,0477

T Bim1=1,5003mV

T Hg=75T Bim1=(0,0516∗75 )−0,0477

T Bim1=3,8223mV

De la tabla 5.2 se obtuvieron las equivalencias de milivolts a grados centígrados referentes al termopar por ende obtenemos la siguiente tabla:

Tabla A.3: Valores referentes al método de los mínimos cuadrados para la calibración del termopar en escala de grados centígrados.

n Mercurio (Xi) Termopar (Yi) Xi^2 Xi.Yi1 29 30 841 870

25

2 31 32 961 9923 34 34 1156 11564 38 38 1444 14445 41 42 1681 1722n Mercurio (Xi) Termopar (Yi) Xi^2 Xi.Yi6 45 46 2025 20707 50 50 2500 25008 54 54 2916 29169 58 58 3364 3364

10 61 62 3721 378211 65 66 4225 429012 69 70 4761 483013 74 74 5476 547614 76 78 5776 592815 80 82 6400 656016 83 84 6889 697217 87 88 7569 765618 89 90 7921 801019 91 94 8281 855420 94 96 8836 902421 96 98 9216 940822 97 100 9409 9700

23 99 102 9801 1009824 99 102 9801 1009825 99 102 9801 10098

Sumatoria: 1739 1772 134771 137518

Se calcula la pendiente “m” bajo la siguiente ecuación:

m=n∑ xy−∑ x∑ y

n∑ x2−(∑ x )2

Sustituyendo los valores dados en la tabla A.2:

m=(25∗2695420 )−(1739∗1772)

(25∗134771 )−¿¿¿

26

Se calcula b, que corresponde al corte de la recta con el eje de las ordenadas bajo la siguiente ecuación:

b=∑ x2∑ y−∑ x∑ xy

n∑ x2−(∑ x)2

b=(134771∗1772 )−(1739∗137518)

(25∗134771 )−(1739)2 =−329590345154

=−0,95490708

La ecuación de la recta para la calibración del termopar será:

T termopar=(1,0327 )∗T Hg−0,954

Para la tabla 5.2 el factor de conversión fue el siguiente:

1 mV equivalen a 20°C

Tomando como ejemplo la primera lectura de 1,4 mV obtenemos que:

1.4mV∗20 ° C

1mv=28 ° C

27

Apéndice B. Asignación.

1. Defina: Temperatura, Calor y Calor Específico.

1.1 Temperatura:

La Temperatura es una magnitud que mide el nivel térmico o el calor que un

cuerpo posee. Toda sustancia en determinado estado de agregación (sólido,

líquido o gas), está constituida por moléculas que se encuentran en continuo

movimiento. La suma de las energías de todas las moléculas del cuerpo se

conoce como energía térmica; y la temperatura es la medida de esa energía

promedio. [4].

1.2 Calor:

El calor es la sensación que experimenta un ser vivo ante una temperatura

elevada. La física entiende el calor como la energía que pasa de un cuerpo a

otro o de un sistema a otro, una transferencia vinculada al movimiento de

átomos, moléculas y otras partículas.

En este sentido, el calor puede generarse a partir de reacciones nucleares

(como las fusiones que acontecen en el interior del Sol), reacciones químicas

(la combustión) o disipaciones. En este último caso, puede hablarse de

disipación electromagnética (los hornos de microondas) o disipación mecánica

(la fricción). [5].

1.3 Calor Especifico:

Se define como calor específico la cantidad de calor necesaria para hacer

variar en un grado la temperatura de la unidad de masa de un cuerpo.

El calor específico se expresa en cal/°C ó en kcal/°C kg. Cada cuerpo posee su

28

calor específico característico; por ejemplo, el calor específico del agua es 1

Kcal/°C kg. [6]

2. En que se basa la escala de temperatura absoluta.

También conocida como escala de kelvin está basada en la idea del cero

absoluto, la temperatura teorética en la que todo el movimiento molecular se

para y no se puede detectar ninguna energía. En teoría, el punto cero de la

escala Kelvin es la temperatura más baja que existe en el universo: −273.15ºC.

La escala Kelvin usa la misma unidad de división que la escala Celsius. Sin

embargo vuelve a colocar el punto zero en el cero absoluto: −273.15ºC. Es así

que el punto de congelamiento del agua es 273.15 Kelvins y 373.15 K es el

punto de ebullición del agua.

La escala Kelvin, como la escala Celsius, es una unidad de medida

estándar del SI, usada comúnmente en las medidas científicas. Puesto que no

hay números negativos en la escala Kelvin (porque teóricamente nada puede

ser más frío que el cero absoluto), es muy conveniente usar la escala Kelvin en

la investigación científica cuando se mide temperatura extremadamente baja.

[7]

3. Nombre y Describa los diferentes instrumentos medidores de

temperatura.

3.1 Termómetro de Mercurio:

El termómetro de mercurio es el más utilizado actualmente, está formado por

un capilar de vidrio de diámetro uniforme comunicado por un extremo con una

ampolla llena de mercurio. Se utiliza el mercurio debido a su gran cohesión, a

su alto coeficiente de dilatación térmica, a su relativamente alto punto de

ebullición y a su bajo punto de fusión. Pero el mercurio se utiliza debido a la

variación directamente proporcional de la dilatación volumétrica contra la

temperatura.

29

El funcionamiento de este termómetro es sencillo el conjunto esta sellado para

mantener un vacio parcial en el capilar. Cuando la temperatura aumenta, el

mercurio se dilata y asciende por el capilar. La temperatura se puede leer en

una escala situada junto al capilar. [8]

Figura B.1: Partes de un termómetro de mercurio.

3.2 Termómetro Bimetálico:

El termómetro bimetálico es un instrumento de medición de temperatura

que está formado por dos láminas metálicas escogidas entre metales que

tengan sus coeficientes de dilatación lo más dispares posibles, y están soldados

una contra la otra, a lo largo de toda su longitud. Cuando la temperatura varía,

una de las láminas se dilata más que la otra, obligando a todo el conjunto a

curvarse sobre la lámina más cortada.

Las láminas bimetálicas puedes inicialmente estar enrolladas en espiral. En

este caso la lámina interior está hecha del metal que se dilata más. De esta

forma, cuando la temperatura aumenta la espiral se desenrolla.

30

El movimiento se amplifica mediante un sistema de palancas sujetas a la

extremidad de la espiral y que termina en una aguja que indica la temperatura.

Este principio se usa generalmente en los termógrafos para obtener un registro

continuo de la temperatura. [9]

Figura B.2: Partes de un termómetro bimetálico

3.3 Termopar:

Un termopar es un dispositivo para la medición de temperatura, basado en

efectos termoeléctricos. En un circuito formado por dos conductores de metales

diferentes o aleaciones de metales diferentes, unidos en sus extremos y entre

cuyas uniones existe una diferencia de temperatura, que origina una fuerza

electromotriz.

La fuerza electromotriz generada por el termopar está en función de la

diferencia de temperatura entre la unión fría y caliente, pero más

específicamente, esta generada como un resultado de los gradientes de

temperatura los cuales existen a lo largo de la longitud de los conductores.[10]

3.4 Termómetro de Resistencia de Platino

31

Este termómetro se fundamenta en el principio de que la resistencia de los

materiales depende de la temperatura, y varían de modo casi lineal al valor de

esta. El empleo del planito como sensor de temperatura fue propuesto por W.

Siemens en 1871. El termómetro de resistencia de platino (RDT) es el

instrumento indicado en la escala internacional de temperatura para ser usado

en el alcance comprendido de -259,3467°C (punto triple del hidrogeno) y

961,78°C punto solidificación de la plata.

Este termómetro cuenta con un sensor el cual está fabricado utilizando un

alambre de platino de alta pureza, revestido de vidrio o cerámica y libre de

tensiones que se embobina para formar un devanado no inductivo, los

termómetros de resistencia de platino se dividen en tres grupos que depende

del montaje del sensor, podemos encontrar termómetros de resistencia de

platino criogénicos (capsula) , termómetros de resistencia de platino de tallo

largo, y por ultimo termómetros de resistencia de platino de alta temperatura.

[11]

3.5 Termistor

Los termistores sirven para la medición o detección de temperatura tanto

en gases, como en líquidos o sólidos. A causa de su muy pequeño tamaño, se

los encuentran normalmente montados en sondas o alojamientos especiales

que pueden ser específicamente diseñados para posicionarlos y protegerlos

adecuadamente cualquiera sea el medio donde tengan que trabajar.

El termistor se fabrica a partir de óxidos metálicos comprimidos y sintetizados.

Los metales más utilizados son níquel, cobalto, magneso, hierro, cobre,

magnesio y titanio, debido a estas mezcla sintetizada de óxidos metálicos, el

termistor es esencialmente un semiconductor que se comporta como un

“resistor térmico” con un coeficiente térmico de temperatura negativo de valor

muy elevado. [12]

3.6 Pirómetro

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Un pirómetro es un instrumento de medición de temperatura que es capaz de

detectar temperaturas a distancias, hay pirómetros para todo tipo de

temperaturas, pero generalmente se le llama pirómetro a los que son capaces

de medir temperaturas superiores a los 500 grados centígrados. Existen dos

tipos de pirómetros, están los ópticos y de radiación. Los pirómetros ópticos

miden la temperatura comparando el color del objeto solido que miden con una

lámpara de comparación, ajustan ambos colores y de esta manera la

temperatura. Por otro lado los pirómetros de radiación capturan la radiación del

cuerpo a medir (a mayor temperatura mayor es la radiación). [13]

3.7 Termómetro de Gas

El termómetro de gas es otro tipo de medidor de temperatura que se puede

encontrar en el mercado en este instrumento la variable que mide la

temperatura es la presión de un gas que se mantiene a volumen constante. Se

ha escogido este termómetro como patrón porque los valores de la temperatura

que se obtienen con él son independientes del gas utilizado. [14].

4. Explique el principio de funcionamiento de un termopar

En 1822 el físico estoniano Thomas Seebeck descubrió accidentalmente

que la unión entre dos metales genera un voltaje que es función de la

temperatura. Los termopares funcionan bajo este principio, el llamado efecto

Seebeck.

El efecto Seebeck, se refiere a la emisión de electricidad en un circuito

eléctrico compuesto por conductores diferentes, mientras estos tienen

diferentes temperaturas. Los conductores se conectan en serie. La diferencia

de temperatura causa un flujo de electrones en los conductores, se dice que el

flujo inicia directamente desde el área de mayor temperatura hacia la de menor

temperatura. En el punto de contacto de los conductores se presenta una

diferencia de potencial. La magnitud de la termoelectricidad depende del tipo

de material de los conductores, la temperatura de contacto y no depende de la

33

temperatura que se distribuye a lo largo del conductor. La termoelectricidad

permite evaluar los termopares por el coeficiente de Seebeck para diferentes

materiales con un rango desde +43 hasta –38 mV/grado. [15].

5. ¿Cómo variarían los resultados de los experimentos de calibración

del termopar, si no se hubiese usado hielo en la punta fría?

Se empleó en la practica el hielo para así poder producir una diferencia voltaje,

recordando un poco el termopar produce un voltaje que es función de la

diferencia de temperatura, por lo tanto el termopar requiere una temperatura de

referencia de 0°C en este caso fue el hielo para que se produzca un voltaje

acorde. Si no se empleara el hielo no se pudiera generar este diferencial y por

lo tanto el instrumento nos arrojaría valores pequeños o incorrectos para el

experimento.

6. ¿Qué son y cómo se miden las temperaturas estáticas y dinámicas

de un fluido en movimiento?

Definición:

6.1 Temperatura Estática:

Es la temperatura indicada por un elemento de medición que se mueve con la

misma velocidad que el fluido [16].

6.2 Temperatura Dinámica:

Es el incremento de temperatura que se experimenta debido al efecto de la

velocidad, es decir, es la temperatura originada por el cambio de energía

cinética en energía térmica. [16].

34

Medición:

Ambas temperaturas tanto la estática y la dinámica se puede calcular o medir

bajo la siguiente expresión matemática:

¿=T+ V 2

(2∗Cp)

En donde:

El termino de To se refiere a la temperatura de estancamiento o total, el termino

de V 2

(2∗Cp) recibe el nombre de temperatura dinámica, y por último el termino

de T en la ecuación representa a la temperatura estática.

7. Se desea calibrar un Termopar de Platino contra uno de Platino-

Rodio y se utilizaran en el intervalo de temperaturas descrito como

intervalo 3 en la norma ITS-90. Durante la calibración, las lecturas de

la FEM (Fuerza Electromotriz) del Termopar en microvolts son 5858,

9147 y 1033 en los puntos de congelación del Aluminio, la Plata y el

Oro, respectivamente. Suponga una relación polinomial de la Forma

FEM=Co+C1T+C2T2

Y determine la temperatura si el termopar registra una lectura de

7500 µV.

Temperaturas en Puntos de Congelación:

Aluminio: 933,47 K

Plata: 1234,93 K

Oro: 1337,33 K

Lecturas de la fuerza electromotriz en el termopar:

35

Aluminio: 5858 µV

Plata: 9147 µV

Oro: 1033 µV

Sustituyendo los valores dados en la relación polinomial obtenemos las

siguientes ecuaciones:

Para el Aluminio:

5858 μV=Co+C1∗(933,47K )+C2∗(933,47K )2

Para la Plata:

9147 μV=Co+C1∗(1234,93K )+C2∗(1234,93K )2

Para el Oro:

1033 μV=Co+C1∗(1337,33K )+C2∗(1337,33K )2

De este modo tenemos tres ecuaciones con tres incógnitas en donde las

soluciones a los coeficientes de nuestra relación polinomial serán los

siguientes:

Co= -261.644,550375

C1= 494,934518799

C2= -0,223217248664

Determinación de la temperatura si el termopar registra una lectura de

7500 µV:

Sustituyendo en la relación polinomial se obtiene:

7500 μV=−261.644,5504+(494,9346 )∗(T )+(−0,2232)∗(T )2

Recordando que 7500 μV son 7,5 mV hacemos la siguiente conversión

de datos:

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7,5mV∗20 °C

1mV=150 °C+273=423K

423K=−261.644,5504+ (494,9346 )∗(T )+(−0,2232)∗(T )2

Se obtiene que la temperatura que registra el termopar para los 7500 μV :

T = 1343,5268 K

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Apéndice C. Anexos.

Tabla C.1 Datos experimentales obtenidos en el laboratorio referente a

los diferentes instrumentos de medición de temperatura

Tiempo (min) Bimetalico (°C) Mercurio (°C) Multimetro (mV)

0 25 30 1,4

1 25 29 1,5

2 30 31 1,6

3 30 34 1,7

4 35 38 1,9

5 40 41 2,1

6 40 45 2,3

7 45 50 2,5

8 50 54 2,7

9 55 58 2,9

10 55 61 3,1

11 60 65 3,3

12 65 69 3,5

13 70 74 3,7

14 70 76 3,9

15 75 80 4,1

16 80 83 4,2

17 80 87 4,4

18 85 89 4,5

19 85 91 4,7

20 90 94 4,8

21 90 96 4,9

22 95 97 5

23 95 99 5,1

24 95 99 5,1

25 95 99 5,1

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.

Figura C.1 Termómetro Bimetálico.

Figura C.2 Termómetro de Mercurio.

Figura C.3: Multímetro digital utilizado para el montaje del termopar

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