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OBJETIVOS DE ESTA EXPERIENCIA

1. Conocer el principio del funcionamiento de los instrumentos medidores de temperatura usados en el laboratorio.

2. Regular la precisin de los de los medidores de temperatura de diferentes escalas a travs de la construccin de una curva de calibracin usando un termmetro patrn y valindonos de las mediciones.

3. Conocer las relaciones existentes entre la medicin de temperatura en distintas escalas.

FUNDAMENTO TERICO

DESCRIPCIN GENERAL DE TERMMETROS DE LQUIDO EN VIDRIOSu operacin est basada en la expansin del lquido con el incremento de la temperatura; esto es, el lquido acta como un transductor, convierte la energa termal en una forma mecnica. Con el incremento de la temperatura, el lquido y el vidrio del termmetro se expanden con diferente coeficiente de expansin, causando que el lquido avance por el tubo capilar. Las partes principales de un termmetro de lquido en vidrio tpico se muestran en la figura 1:

PROFUNDIDAD DE INMERSINLos 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.

Termmetro de inmersin parcialDiseado 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.

Termmetro de inmersin totalEst 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.

Termmetro de inmersin completaEst 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.

FUNCIONAMIENTO DE UN TERMMETROEl principio de funcionamiento de un termmetro de columna de lquido es la expansin trmica. Cuando aumenta la temperatura del bulbo del termmetro, el lquido y el vidrio que lo contiene se dilatan con diferentes coeficientes de dilatacin, lo que origina un avance del lquido (columna) por el capilar del vidrio. La parte superior de la columna de lquido se denomina menisco y logra su reposo cuando la temperatura del bulbo es igual a la del medio. La temperatura puede ser leda, entonces, por la posicin del menisco en una escala dibujada sobre el vidrio del termmetro. La reserva de lquido est contenida en el bulbo, que contiene un volumen de lquido equivalente a un nmero especfico de grados de la escala, dependiendo de los coeficientes de expansin del lquido y el vidrio.

La tensin superficial presente en el menisco de lquidos que no mojan (p. e. mercurio), produce presiones en el seno del lquido que se traducen en pequeas deformaciones del bulbo. Cuando la presin es variable debido a variaciones de dimetro o imperfecciones del capilar, la variacin de la columna de lquido con la temperatura se realiza de forma discontinua (saltos), que es necesario evitar mediante vibraciones del termmetro y observando que sus incrementos sean compatibles con la incertidumbre de calibracin. En termmetros con lquidos orgnicos, que mojan la superficie del capilar, no se presenta el fenmeno de variaciones de presin, sin embargo, estos lquidos tienen tendencia a permanecer en las paredes del capilar, por lo que deben darse tratamientos trmicos y desplazamientos de la columna de lquido que aseguren la no permanencia de restos de lquido en el capilar o en la cmara de expansin. Esto se har antes de la calibracin como se describe ms adelante. Existen tres tipos de termmetros de columna de lquido, segn su modo de inmersin:

a) Termmetros de inmersin total: estn diseados para indicar temperaturas correctamente cuando el bulbo y toda la columna de lquido estn inmersos en el medio del que se va a medir la temperatura. En la prctica, aproximadamente 1 cm de columna debe estar fuera del medio, para que se pueda leer el termmetro.

b) Termmetros de inmersin parcial: estn diseados para indicar temperaturas correctamente cuando el bulbo y una longitud especificada de la columna se encuentran sumergidas en el medio del que se va a medir la temperatura. La longitud que se debe sumergir debe venir indicada o estar sealada sobre el termmetro.

c) Termmetros de inmersin completa: estn diseados para indicar temperaturas correctamente cuando la totalidad del termmetro est sumergido en el medio del que se va a medir la temperatura. stos son menos habituales.

TERMMETRO BIMETLICOEl termmetro bimetlico es un instrumento utilizado para medir temperatura mediante la contraccin y expansin de dos distintas aleaciones metlicas de alto y bajo coeficiente de dilatacin.Los termmetros bimetlicos estn constituidos por un tubo en cuyo interior est colocada una espiral helicoidal bimetlica. Dicha espiral est soldada por un extremo a la parte inferior del tubo y por otra a una varilla de transmisin, a su vez conectada a una aguja indicadora.

Funcionamiento de los termmetros bimetlicosLas aleaciones metlicas, la de alto y bajo coeficiente de dilatacin, al ser expuestas a determinada temperatura, transmiten un movimiento giratorio a una aguja indicadora, es decir, las variaciones de temperatura causan que el bimetal sufra una deformacin, esta se transmite a la aguja indicadora.Los termmetros bimetlicos usan la diferencia de coeficiente de expansin trmica de metales dismiles para poder determinar cul es el cambio de temperatura. ste se proporciona mediante un movimiento mecnico, o sea, por el giro de una aguja sobre una escala graduada.En realidad, lo que mide la temperatura en los termmetros bimetlicos es una hlice bimetlica de respuesta rpida. Dado que el termmetro bimetlico se fabrica a partir de dos tiras de metal soldadas en fro con diversos coeficientes trmicos de expansin, stas se tuercen en funcin de la temperatura y el movimiento rotatorio se transfiere con baja friccin a la aguja indicadora.

Usos y aplicaciones de los termmetros bimetlicosEl uso de los termmetros bimetlicos es muy extenso ya que estn diseados para resistir las condiciones de trabajo ms rigurosas, estar en contacto con fluidos de proceso agresivos o ambientes adversos. Gracias a que son ideales para medir la temperatura directamente, por tanto, las industrias que ms los emplean son:

La alimentaria De conservacin Farmacutica Qumica Petroqumica Papelera

Termmetros Bimetlicos para uso industrialLos termmetros bimetlicos son instrumentos de medicin de la temperatura especialmente tiles y prcticos ya que no requieren el uso de elementos adicionales para su uso. Por s mismo un termmetro bimetlico nos da la medicin local de la temperatura ya que cuentan con una cartula amplia desde la cual podemos hacer la medicin directa de la temperatura.

En la mayora de las industrias los termmetros bimetlicos nos facilitan en suma la necesidad de monitorear la temperatura en forma rpida, eficiente y confiable.

Los termmetros bimetlicos estn fabricados en Acero Inoxidable con cartulas de visualizacin amplias, conexiones a proceso y mecanismos que permiten ajustar la cartula para mejorar la visibilidad de la misma. Dependiendo del proceso a instrumentar un termmetro bimetlico puede fabricarse con diferentes longitudes de vstago, siendo los ms comunes las longitudes mltiplos de 3" hasta llegar a las 12, es decir, 3", 6", 9" y 12". Mayores longitudes de vstago en un termmetro bimetlico tambin son comunes aunque la fabricacin de los mismos no es en serie y por tal razn los tiempos de entrega son mayores.Conexiones disponibles en termmetros bimetlicosTipo de conexinDescripcin

InferiorConexin roscada fija en la parte trasera de la cartula, para mediciones donde el campo de visin es inferior, conexiones de cuerda disponibles en 1/4 " y 1/2 " NPT. Este tipo de termmetro bimetlico es de uso muy frecuente en medicin de temperatura en autoclaves, fermentadores y tanques de almacenamiento.

PosteriorLos termmetros bimetlicos de conexin posterior son los ms utilizados en monitoreo de tuberas como chillers, sistemas hidrulicos, bombeo, almacena-miento, etctera, disponibles en conexiones roscadas de 1/4" y 1/2" NPT. Los termmetros bimetlicos de conexin inferior son recurrentemente utilizados con termopozos para facilitar su mantenimiento.

Todo nguloConexin con mecanismo de ajuste de cartula para facilitar el proceso de lectura en cualquier posicin. De uso frecuente en aplicaciones de instrumentacin de hidrocarburos. Disponible en conexin 1/2" NPT.

TERMMETRO DIGITALLos termmetros industriales son utilizados para medir la temperatura de un determinado lugar y esto le sirve a la empresa para saber cunto de calor hay en el lugar de trabajo.Es muy importante utilizarlo en las mquinas ya que estas tienen la capacidad de aumentar de temperatura cuando tienen algn problema. Hay que tener en cuenta que estos termmetros pueden ser tanto digitales como tambin de mercurio, los primeros son ms utilizados ya que te dicen la temperatura exacta de lo que se calcul mientras que los de mercurio dicen la temperatura pero no exacta, la diferencia entre estos es el precio ya que los ltimos son mucho ms econmicos.

Lostermmetros industrialesdigitales son los ms utilizados en el momento, estos suelen tener la caracterstica de que indican exactamente la temperatura que se est midiendo, inclusive las dcimas.Estos termmetros digitales tienen la caracterstica de que se utilizan como si fuesen una computadora y es muy comn verlos en heladeras o en lugares que necesiten una determinada temperatura para mantener las cosas. Estos termmetros tambin poseen la caracterstica de poder medir la presin y tambin la humedad que es muy importante ya que las mquinas si contienen mucho de esta se pueden afectar ellas como tambin las personas que la utilizan. Los termmetros industriales pueden tener la capacidad de adherirse en cualquier parte de la mquina. Esto le sirve a la persona para poder calcular mejor la temperatura de la mquina y poder adherirla a ella ya que debe tomar solo la temperatura de la mquina y no de todo el ambiente donde se encuentra esta.Estos termmetros industriales tambin pueden adherirse a la mano de la persona para que le sea ms simple a esta poder calcular la temperatura de un determinado objeto.

PROCEDIMIENTO DE LAS PRUEBAS DE LABORATORIO

MATERIALES1. Termmetro de inmersin total marca BOECO de rango [-20,110] grados centgrados con aproximacin de 1C.2. Termmetro de inmersin total de rango [0,150] grados centgrados con aproximacin de 1C.3. Termmetro de inmersin parcial de rango [-10,150] grados centgrados con aproximacin de 1C.4. Termmetro bimetlico de marca ROTO THERM de rango [10,120] grados centgrados con aproximacin de 1C.5. Termocupla marca KEITHLEY tipo K (Nquel Cromo/ Nquel Aluminio).6. Termmetro digital marca FISHER SCIENTIFIC de rango [-40,1200] grados centgrados.7. Tanque de pruebas marca AMINCO.

DATOS DE LA ZONA DE TRABAJO

Presin baromtrica: 752 mmHg Temperatura de bulbo seco: 23.31 C Temperatura de bulbo hmedo: 21.64 C Humedad relativa: 85 %

Con estos datos calculamos:

Densidad del aire: = =1.225 /3 Presin: 100.96 Kpa Temperatura: 297.6 K R (Constante de los gases): 0.287 KJ/Kg*K Densidad del agua: De las tablas termodinmicas: Estados de Lquido Comprimido del Agua =998 /3

ENSAYO DE MEDICIN DE TEMPERATURA

PROCEDIMIENTO

1) Seleccionamos un termmetro de referencia, el cual nos servir como gua para determinar los puntos para la medicin de temperaturas.2) Habiendo elegido como termmetro de referencia el de inmersin total marca BOECO de escala [-20,110] grados centgrados, pasamos a registrar la temperatura del ambiente que este indica.3) Asignamos un medidor de temperatura por persona con el fin de obtener los valores registrados por cada uno exactamente en un mismo instante.4) Conectamos y encendemos el tanque de pruebas, as como tambin el motor elctrico que se encarga del funcionamiento de las paletas que mantendrn la homogeneidad de la temperatura del aceite en todo el recipiente.5) Introducimos cuidadosamente los seis medidores de temperatura.6) Determinamos una temperatura inicial para la recoleccin de datos a partir del cual cada persona, a la cual se le ha asignado un termmetro, deber indicar la temperatura registrada en su respectivo instrumento cada 5C que aumente el termmetro de referencia seleccionado al inicio.7) Una vez concluida la recoleccin de datos, retiramos cuidadosamente los medidores de temperatura, los cuales sern limpiados con similar precaucin. 8) Apagamos y desconectamos el motor elctrico y el tanque de pruebas. 9) Procedemos al anlisis, comparacin y clculos pertinentes con los datos recolectados.

GRFICAS Y RESULTADOSResultados de las mediciones experimentales sin el factor de correccin (Todos los resultados en grados centgrados)TIT1(c)TIT2(c)TIP(c)TB(c) TD(c)

2726.5282126.5

3231.53124.329

3736362934.1

4242423540.3

4746474145.6

5251.2514551.3

5756575156.9

6261.562.25662.6

6766.5676167.5

7272726773.1

7776.5777178

TAMBIENTE23.324.82721-

TIT1: Termmetro inmersin total 1, termmetro patrn.TIT2: Termmetro inmersin total 2.TIP: Termmetro inmersin parcial.TB: Termmetro bimetlico.TD: Termmetro digital.

CALCULO DEL FACTOR DE CORECCION PARA EL TERMMETRO DE INMERSION TOTAL.

T Real = T Medido + CC = 0.0016( T T ).L

T = temperatura medidaT = temperatura de los alrededores de la sustancia = 23.3 CL = longitud no sumergida a partir de los 40C, expresada en grados centgrados.

Entonces tenemos que:Para el Termmetro Patrn: L= 10CPara el segundo termmetro de inmersin total L= 70 CAl aplicar la frmula tendremos los siguientes resultadosTemperatura patrn(C)Termmetro Inmersin 2 (C)Termmetro Inmersin Parcial (C)Termometro Bimetlico (C) Termmetro Digital (C)

27.0626.86282126.5

32.1432.423124.329

37.2237.42362934.1

42.3044.09423540.3

47.3848.54474145.6

52.4654.32514551.3

57.5459.66575156.9

62.6265.7862.25662.6

67.7071.34676167.5

72.7877.45726773.1

77.8682.46777178

OBSERVACIONES

1. Hemos observado durante la recoleccin de datos que los rangos de diferencia entre medidores de temperatura en los distintos puntos analizados.

2. Hemos notado que muchas veces, durante las mediciones, las temperaturas no coincidan exactamente con las lneas en las que se divide cada instrumento lo cual podra causar variaciones significativas en el resultado obtenido.

3. Hemos observado que en algunos casos, algunas mediciones del termmetro de inmersin total se realizaban no estando el nivel del lquido donde sugiere el principio de medicin, lo cual puede ampliar su margen de error.

4. Hemos notado que el termmetro bimetlico tena una diferencia muy grande con respecto a las dems medidas, lo cual nos indica que debe calibrarse aun.

RECOMENDACIONES

1. Consideramos necesaria una tabla de calibracin para cada medidor de temperatura en el rango en el cual muestre un significativo margen de error.

2. Recomendamos tener muy presente la temperatura normal de trabajo al cual estar expuesto el medidor de temperatura a seleccionar.

3. Sugerimos como medida de seguridad tomar en cuenta un porcentaje de error al momento de analizar la temperatura.

4. Recomendamos ser muy precisos a la hora de tomar las medidas para que no haya diferencia entre una lectura y otra, ya que la temperatura no deja de subir en la cuba de aceite.

5. Recomendamos tambin cuidar de no inclinar los termmetros durante las mediciones porque pueden chocar con el agitador de la cuba de aciete.

CONCLUSIONES

1. Concluimos que cada medidor de temperatura tiene un mayor margen de error cuanto ms cerca este del centro de su respectivo rango de medidas.

2. Consideramos necesario el uso de medidores digitales de temperatura en caso sea estrictamente necesario un valor ms detallado dado que el ojo humano no tiene esa capacidad de precisin.

3. Segn una primera impresin pensamos inicialmente que deberamos haber tomado como patrn el termmetro con mayor precisin, pero hemos concluido al notar los resultados que as un termmetro tenga un buen grado de precisin, no podr ser asistido por los dems resultados ya que no tienen su rango de precisin, sino que depende de cun calibrado est un instrumento lo cual intentamos hallar mediante la curva de calibracin.

BIBLIOGRAFA

SEYMOUR, Jesse El Laboratorio del Ingeniero Mecnico, Ed Hispano Americana 1957 Primera Edicin, Buenos Aires ASTM E1. (2007). Standard Specification for ASTM Liquid-in-Glass Thermometers. ASTM E77. (2007). Standard Test Method for Inspection and Verification of Thermometers. Procedimiento para la realizacin de procedimientos de calibracin. MINER-CEM. Ed. 1, 1998 http://www.teii.com.mx/Termometros_Bimetalicos.html http://www.solitecperu.com

ANEXOSFotos de la Experiencia::

TERMMETROS DE GAS

El termmetro de gas de volumen constante es muy exacto, y tiene un margen de aplicacin extraordinario: desde - 27 C hasta 1477 C. Pero es ms complicado, por lo que se utiliza ms bien como un instrumento normativo para la graduacin de otros termmetros. El termmetro de gas a volumen constante se compone de una ampolla con gas -helio, hidrgeno o nitrgeno, segn la gama de temperaturas deseada- y un manmetro medidor de la presin. Se pone la ampolla del gas en el ambiente cuya temperatura hay que medir, y se ajusta entonces la columna de mercurio (manmetro) que est en conexin con la ampolla, para darle un volumen fijo al gas de la ampolla. La altura de la columna de mercurio indica la presin del gas. A partir de ella se puede calcular la temperatura.

En un termmetro de gas de volumen constante el volumen del hidrgeno que hay en una ampolla metlica se mantiene constante levantando o bajando un depsito. La altura del mercurio del barmetro se ajusta entonces hasta que toca justo el indicador superior: la diferencia de los niveles (h) indica entonces la presin del gas y, a su travs, su temperatura.En un termmetro de gas de volumen constante el volumen del hidrgeno que hay en una ampolla metlica se mantiene constante levantando o bajando un depsito. La altura del mercurio del barmetro se ajusta entonces hasta que toca justo el indicador superior: la diferencia de los niveles (h) indica entonces la presin del gas y, a su travs, su temperatura.

TERMMETROS DE RESISTENCIA DE PLATINOEl termmetro de resistencia de platino depende de la variacin de la resistencia a la temperatura de una espiral de alambre de platino. Es el termmetro ms preciso dentro de la gama de -259 C a 631 C, y se puede emplear para medir temperaturas hasta de 1127 C. Pero reacciona despacio a los cambios de temperatura, debido a su gran capacidad trmica y baja conductividad, por lo que se emplea sobre todo para medir temperaturas fijas.

PAR TRMICOUn par trmico (o pila termoelctrica) consta de dos cables de metales diferentes unidos, que producen un voltaje que vara con la temperatura de la conexin. Se emplean diferentes pares de metales para las distintas gamas de temperatura, siendo muy amplio el margen de conjunto: desde -248 C hasta 1477 C. El par trmico es el termmetro ms preciso en la gama de -631 C a 1064 C y, como es muy pequeo, puede responder rpidamente a los cambios de temperatura. Varias sondas termomtricas para ser utilizadas con un termmetro digital de termopares de laboratorio

PIRMETROS

El pirmetro de radiacin se emplea para medir temperaturas muy elevadas. Se basa en el calor o la radiacin visible emitida por objetos calientes, y mide el calor de la radiacin mediante un par trmico o la luminosidad de la radiacin visible, comparada con un filamento de tungsteno incandescente conectado a un circuito elctrico. El pirmetro es el nico termmetro que puede medir temperaturas superiores a 1477 C.