Medicion de La Temperatura y Calibracion de Termometros

 

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MEDICIÓN DE TEMPERATURA Y CALIBRACIÓN DE TERMÓMETROS I.  OBJETIVO:   

Medición de temperatura y calibración de termómetros

OBJETIVOS ESPECIFICOS:   Aprender a utilizar el instrumento de medición de temperatura(TERMOMETROS DE COLUMNA DE MERCURIO)   Calibrar los termómetros de columna de mercurio con respecto a un instrumento patrón (TERMOCUPLA)   Determinar errores cometidos por cada termómetro, y luego realizar su calibración respectiva con las curva de calibración

II.  FUNDAMENTO TEÓRICO.   Temperatura:  La temperatura es una medida del calor o energía térmica de las partículas en una sustancia. Como lo que medimos en su movimiento medio, la temperatura no depende del número de partículas en un objeto y por lo tanto no depende de su tamaño. Por ejemplo, la temperatura de un cazo de agua hirviendo es la misma que la temperatura de una olla de agua hirviendo, a pesar de que la olla sea mucho más grande y tenga millones y millones de moléculas de agua más que el cazo.

 

Termómetros:

Un termómetro es un instrumento que mide la temperatura de un sistema en forma cuantitativa. Una forma fácil de hacerlo es encontrando una sustancia que tenga una propiedad que cambie de manera regular con la temperatura. La manera m más ás "regular" es de forma lineal: t(x) = ax + b. El termómetro es un instrumento que se usa para medir la temperatura. Su presentación más

común es de vidrio, el cual contiene un tubo interior con mercurio, que se expande o dilata debidos a los cambios de temperatura. Para determinar la temperatura, el termómetro cuenta con una escala debidamente graduada que la relaciona con el volumen que ocupa el mercurio en el tubo. Las presentaciones más modernas son de tipo digital, aunque el mecanismo interno suele ser el mismo.   El termómetro de referencia  referencia será el que nos indique el valor val or “real” de temperatura que tiene la fuente de calor. Éste puede ser de varios tipos y la decisión de cuál es el adecuado dependerá en buena medida del intervalo de temperatura y de su incertidumbre.

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Tipos de termómetros  



Termómetro de mercurio:  mercurio:   es

un tubo de vidrio de vidrio sellado que contiene mercurio, contiene mercurio, cuyo  cuyo volumen cambia con la temperatura de manera uniforme. Este cambio de volumen se visualiza en una  una escala graduada.  graduada.  El termómetro de mercurio fue inventado por   Gabriel Gabriel Fahrenheit en el año 1714. 

  Pirómetros: Pirómetros:   termómetros para altas temperaturas, son utilizados en fundiciones,



fábricas de vidrio, hornos para cocción de cerámica de  cerámica etc... Existen varios tipos según su principio de funcionamiento:   Pirómetro óptico:  óptico:  se fundamentan en la  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 reostatoc un  reostatocalibrado. alibrado. Se utilizan para medir temperaturas elevadas, desde 700 °C hasta 3.200 °C, a las cuales se irradia suficiente energía en el  el espectro visible para permitir la medición óptica.   Pirómetro de radiación total: se total: se fundamentan en la ley la ley de Stefan-Boltzmann,  Stefan-Boltzmann,  según la cual, la intensidad de energía emitida por un  un  cuerpo negro es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura su  temperatura absoluta. absoluta.     Pirómetro de infrarrojos: captan infrarrojos: captan la radiación la radiación infrarroja, filtrada infrarroja, filtrada por una lente, mediante un sensor un sensor fotorresistivo, dando lugar a una  una corriente eléctrica a partir de la cual un circuito un circuito electrónico calcula la temperatura. Pueden medir desde temperaturas inferiores a 0 °C hasta valores superiores a 2.000 °C.





  Pirómetro fotoeléctrico:  fotoeléctrico:  se basan en el efecto el efecto fotoeléctrico,  fotoeléctrico,  por el cual se



liberan electrones de semiconductores de semiconductores cristalinos cuando incide sobre ellos la radiación térmica.

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  Termómetro de resistencia:  resistencia:  consiste en un alambre de algún metal (como el   platino)  platino) 



cuya resistencia cuya  resistencia eléctrica cambia cuando varía la temperatura.

Termómetro de resistencia Pt100 WTR 450 

  Termómetro de lámina bimetálica, 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 de temperatura en el termohigrógrafo. el termohigrógrafo.  

  Termómetro de gas: Pueden gas: Pueden ser a presión constante o a volumen constante. Este tipo



de termómetros son muy exactos y generalmente son utilizados para la calibración de otros termómetros.

Te rmó me t ro d e g a s a v o l u me n c o n s t a n t e . 

 



Termistor: es un dispositivo que varía su resistencia eléctrica en función de la Termistor:  temperatura. Algunos termómetros hacen uso de circuitos de  circuitos integrados que contienen un termistor, como el LM35. el LM35.  

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

Termopar:  un termómetro o termocupla es un dispositivo utilizado para medir Termopar:  temperaturas basadas en la fuerza electromotriz que se gana al calentar la soldadura de dos metales distintos.

Termómetro digital portátil con espiga 20cm.   

Termómetros digitales: digitales: son aquellos que, valiéndose de dispositivos transductores somos los mencionados, utilizan luego circuitos electrónicos para convertir en números las pequeñas variaciones de tensión obtenidas mostrando finalmente la temperatura en el visualizador. Una de sus principales ventajas es que por no utilizar mercurio no contamina el medio ambiente cuando c uando son desechados.

 

Termómetros clínicos: son clínicos: son los utilizados para medir la temperatura corporal. Los hay tradicionales de mercurio y digitales, teniendo estos últimos algunas ventajas adicionales como su fácil lectura, respuesta rápida, memoria y en algunos modelos alarma vibrante.





 

Termómetro clínico de cristal 

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TERMÓMETROS ESPECIALES Para medir ciertos parámetros se emplean termómetros modificados, tales como:   El termómetro de globo, globo,  para medir la temperatura radiante. Consiste en un



termómetro de mercurio que tiene el bulbo dentro de una esfera de metal hueca, pintada de negro de humo. La esfera absorbe radiación de los objetos del entorno más calientes que el aire y emite radiación hacia los más fríos, dando como resultado una medición que tiene en cuenta la radiación. Se utiliza para comprobar las condiciones de comodidad de las personas.

  El  El  termómetro de bulbo húmedo, húmedo, para medir el influjo de la humedad en la sensación la  sensación



térmica. Junto térmica.  Junto con un termómetro ordinario forma un psicrómetro, un psicrómetro, que  que sirve para medir humedad relativa, tensión relativa, tensión de vapor y punto de rocío. Se rocío. Se llama de bulbo húmedo porque de su bulbo o depósito parte una muselina de algodón que lo comunica con un depósito de agua. Este depósito se coloca al lado y más bajo que el bulbo, de forma que por capilaridad está continuamente mojado.

  El termómetro de máxima y mínimas:  mínimas:  es utilizado en meteorología en meteorología para saber la



temperatura más alta y la más baja del día, y consiste en dos instrumentos montados en un solo aparato. También existen termómetros individuales de máxima o de mínima para usos especiales o de laboratorio

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Precisión Y Exactitud 

Precisión  se refiere a la dispersión del conjunto de valores obtenidos de mediciones Precisión  repetidas de una magnitud. Cuanto menor es la dispersión mayor la precisión. Una medida común de la variabilidad es la desviación estándar de las mediciones y la precisión se puede estimar como una función de ella. Exactitud se refiere a que tan cerca del valor real se encuentra el valor medido. En términos Exactitud se estadísticos, la exactitud está relacionada con el sesgo de una estimación. Cuanto menor es el sesgo más exacto es una estimación. Cuando expresamos la exactitud de un resultado se expresa mediante el error absoluto que es la diferencia entre el valor experimental y el valor verdadero.

 

Error

Error experimental: la experimental: la inexactitud cometida por culpa de no poder controlar adecuadamente la influencia de todas las variables presentes en un experimento. Error de medición: la 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, etc.). El error de medición se define como la diferencia entre el valor medido y el valor verdadero. Afectan a cualquier instrumento de medición y pueden deberse a distintas causas. Las que se pueden de alguna manera prever, calcular, eliminar mediante calibraciones y compensaciones, se denominan determinísticos o sistemáticos y se relacionan con la exactitud de las mediciones. Los que no se pueden prever, pues dependen de causas desconocidas, o estocásticas se denominan aleatorios y están relacionados con la precisión del instrumento. Error de aproximación:  aproximación:  es una medida del error cometido al aproximar una magnitud numérica por una expresión aproximada más sencilla que la expresión original exacta.

 

Calibración:

El método de calibración de los termómetros es hacer una comparación con un sistema de referencia y el sistema que se desea utiliza, para saber la precisión y exactitud con la que se dispone a trabajar. Esta medición sirve para saber cuan de desviados sviados están los equipos que se utilizan, así como para tener un mejor control de las variables del experimento.

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MÉTODO DE LOS MÍNIMOS CUADRADOS El procedimiento más objetivo para ajustar una recta a un conjunto de datos presentados en un diagrama de dispersión se conoce como "el método de los mínimos cuadrados". El ejemplo más simple de una aproximación por mínimos cuadrados es el ajuste de una línea recta a un conjunto de parejas de datos observadas: (x1, y1),(x2 , y2 ),(x3 , y3 ),...,(xn , yn ) . La recta resultante y = a + bx + E, en donde a y b son coeficientes que representan la intersección con el eje de las abscisas y la pendiente. La obtención de los valores de a  y b  que minimizan esta función es un problema que se puede resolver recurriendo a la derivación parcial de la función en términos de a y b: llamemos G a la función que se va a minimizar: 2

G      y  a  bx   

Se toma las derivadas parciales de G respecto de a y b que son las incógnitas y se igualan acero; de esta forma se obtienen dos ecuaciones llamadas ecuaciones normales del modelo, que pueden ser resueltas por cualquier método ya sea igualación o matrices para obtener los valores de a y b. Resolviendo se tiene:

b

n xi yi   xi  yi n xi    xi  2

2

 xi  yi   xi  xi yi  a   ; 2 n xi 2    xi  2

Entonces la ecuación se ajusta a la recta:

 y  bx  a  

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III.  ESPECIFICACIONES DE EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES:

TERMOCUPLA DIGITAL DEL TIPO K Rango de temperatura : -50°C a 300 °C  Resolución: 0.1 °C  Precisión /Exactitud : +/- 0.1 °C  Tiempo de respuesta : 5 s 

TRES TERMÓMETROS DE COLUMNA DE MERCURIO 





Termómetro #1 Rango: -10 -110°C. Modelo: BoecaGermany. Termómetro #2 Rango: -10 – 150°C Modelo: GrandinaItaly Termómetro #3 Rango: 0 – 360°C Modelo: Boeco

CALENTADOR ELÉCTRICO Instrumento de laboratorio utilizado para el calentamiento de los fluidos ya que consta de una resistencia interna la cual hace elevar la te tem m erat eratur ura. a.

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UN RECIPIENTE PARA FLUIDO DE TRABAJO Instrumento de laboratorio que es resistente a elevadas temperaturas, la cual se utiliza como recipiente para los flui fluidos dos a utiliza utilizar. r.

FLUIDO DE TRABAJO 

A ua

IV.  DATOS EXPERIMENTALES:

PUNTOS 

TERMOCUPLA  

    

  

    

1 2 3 4 5

30 35 40 45 50

31 35.5 41 45.5 50.5

30 34 39 43 48

25.5 31 38 42 46

6 7 8 9 10

55 60 65 70 75

56 60.5 65.5 72 75.5

53 57 62 66 72

52 56.5 63 67 73

Presión = 1atm Temperatura de ambiente = 25 °C Hora: 9:10 a.m.

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V.  PROCEDIMIENTO: Con todos los instrumentos necesarios para el ensayo se procedió de la siguiente manera.

1.  Ubicamos el calentador eléctrico en un espacio libre estáticamente equilibrado, donde no pueda sufrir cambios de posición natural. 2.  En seguida colocamos el recipiente con el fluido de trabajo (para nuestro caso agua), llenado a un nivel aproximadamente de la mitad del recipiente. 3.  Luego conectamos el calentador al tomacorriente tomacorriente,, 4.  Una vez ya prendido el calentador ponemos la termocupla dentro del recipiente con el fluido viendo que no choque en el fondo para que las medidas no sean erróneas. 5.  También ponemos los otros tres te termómetros rmómetros a calibrar. 6.  Lugo teniendo como referencia la termocupla (medida patrón) tomamos valores de los otros termómetros a diferentes temperaturas, para luego anotarlos en la tabla de datos. 7.  Una vez terminada la práctica procedemos a lavarlo y enfriar el recipiente utilizado. 8.  Finalmente con los datos experimentale experimentaless obtenidos podemos realizar el análisis respectivo para la presentación del informe técnico.

VI.  CÁLCULOS Y RESULTADOS Teniendo en cuenta lo siguiente:

Error:                          

   

   

Dónde: Valor patrón = valor dado por la Termocupla Valor medido = valor dado por cada termómetro.

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Media:       

̅  



 

Varianza: n

 (ti  X ) 2  

  



2

i 1

n 1

 

Desviación estándar: n

2   

  





(ti  X )2

i 1

n 1

 

Mínimos cuadrados: b

n xi yi   xi  yi n xi    xi  2

 x  y   x  x y a n x    x  2

y

2

 

i

i

i

i

2

2

i

i

 

i

 y  bx  a   Además con la ayuda del programa Microsoft Excel. Excel. Se obtuvo los resultados.

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TABLA DE RESULTADOS

TERMOMETR TERM OMETROS(°C) OS(°C) TERMOCUPL TERMOCUPLA A

ERRORES ERRORES

DESVIACI DESVIACI N ESTANDAR

5,72222

2,392117

 ABSOLUTO(°C) A1 A2 A3 1 0 -4,5

R1 3,33333

35

0,5

-1

-4

1,42857

-2,85714

-11,42857

3,50000

1,870829

38

40

1

-1

-2

2,50000

-2,50000

-5,00000

1,55556

1,247219

43

42

45

0,5

-2

-3

1,11111

-4,44444

-6,66667

2,16667

1,471960

50,5

48

46

50

0,5

-2

-4

1,00000

-4,00000

-8,00000

3,38889

1,840894

6

56

53

52

55

1

-2

-3

1,81818

-3,63636

-5,45455

2,88889

1,699673

7

60,5

57

56,5

60

0,5

-3

-3,5

0,83333

-5,00000

-5,83333

3,16667

1,779513

8

65,5

62

63

65

0,5

-3

-2

0,76923

-4,61538

-3,07692

2,16667

1,471960

9

72

66

67

70

2

-4

-3

2,85714

-5,71429

-4,28571

6,88889

2,624669

10

75,5

72

73

75

0,5

-3

-2

0,66667

-4,00000

-2,66667

2,16667

1,471960

1

T1 31

T2 30

T3 25,5

TP(°C) 30

2

35,5

34

31

3

41

39

4 5

45,5

RELATIVO (%) R2 R3 0,00000 -15,00000

VARIANZA VARIANZA

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VII.  GRAFICAS: 1.  Curvas De Calibración Y Ajuste

Curva de Calibración y Ajuste (1) 85 75     ) 65    C    °     (    a     l    p    u55    c    o    m    r    e    T45

35

Termocupla vs. T1 ajuste

25 28

38

48 58 TEMPERATURA 1 (°C)

68

78

ECUACION DE AJUSTE: Y = 0.9941953 – 0.4906217X

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Curva de Calibr Calibración ación y Ajuste (2) 85 75 Termocupla vs. T2

    ) 65    C    °     (    a     l    p    u55    c    o    m    r    e    T45

ajuste

35 25 28

38

48 58 TEMPERATURA 2 (°C)

ECUACION DE AJUSTE:

68

78

Y = 1.07885224 – 1.8741527X

Curva de Calibración y Ajuste (3) 85 75 Termocupla vs. T3

    ) 65    C    °     (    a     l    p    u55    c    o    m    r    e    T45

ajuste

35 25 24

34

44 54 64 TEMPERATURA 3 (°C)

ECUACION DE AJUSTE:

74

84

Y = 0.99392614 – 4.88204885X

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2.  Curvas del error:

Curva de Error (1) 2.2 2 1.8     )1.6    C    °     (

   11.4    o    t    u     l    o1.2    s     b    A 1    r    o    r    r    E0.8

0.6 0.4 0.2

E1 vs. T1

26

36

46 56 66 TEMPERATURA 1 (°C)

76

86

Curva de Error (2) 0 -0.5

0

20

40

60

80

-1     )    C    °-1.5     (    2    o    t -2    u     l    o    s     b -2.5    A    r    o    r    r -3    E

E2 vs. T2

-3.5 -4 -4.5

TEMPERATURA 2 (°C)

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Curva de Error (3) -1.5 0

20

40

60

80

-2     )-2.5    C    °     (    3    o    t -3    u     l    o    s     b -3.5    A    r    o    r    r    E -4

E3 vs. T3

-4.5 -5

TEMPERATURA 3 (°C)

3.  Curvas de corrección:

Curva de Corrección (1)

3.5 3     ) 2.5    %     (    1    o    v    i    t 2    a     l    e    R    r    o    r    r1.5    E

R1 vs. T1

1 0.5 24

34

44 54 64 TEMPERATURA 1 (°C)

74

84

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Curva de Corrección (2) 0 23

33

43

53

63

73

83

-1     )    %-2     (    2    o    v    i    t    a -3     l    e    R    r    o    r    r -4    E

R2 vs. T2

-5 -6

TEMPERATURA 2(°C)

Curva de Corrección (3) 0

23

33

43

53

63

73

83

-2 -4     )    %     (    2 -6    o    v    i    t -8    a     l    e    R    r -10    o    r    r    E

R3 vs. T3

-12 -14 -16

TEMPERATURA 3(°C)

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VIII.  CONCLUSIONES, OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES: RECOMENDACIONES: Conclusiones  

Realizado ya el ensayo y con la ayuda del instrumento patrón (termocupla) se pudo realizar los cálculos necesarios para la calibración de los termómetros. termómetros.  

 

Al terminar se concluyó con los datos que nos permite hallar los errores de los tres termómetros, para la cual nos permite calíbralos eficientemente para su funcionamiento.

 

Finalmente concluyo que los resultados los errores no sobrepasan del 10%, lo cual es aceptable, por lo que se podría decir que los termómetros utilizados en la calibración no están tan deteriorados.

Observaciones

 

En este ensayo hemos podido observar cuán importante es la calibración de termómetros, ya que si utilizamos un termómetro con una mala calibración sería unanuestro falla grave en cualquier se esté realizando lo cual nos afectaría rendimiento comotrabajo buenosque ingenieros.

Recomendaciones

 

Tener un buen concepto de como es el manejo de los instrumentos usados para dicho ensayo, para evitar errores mucho mayores de lo debido por lo cual afectaria mucho nu nuestro estro eensayo, nsayo, lo cual los resultados no sería serían n tan agradables para realizar un buen trabajo.

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IX.  BIBLIOGRAFIA:            

Guía entregada por el docente http://www.wikipedia.com http://www.misrespuestas.com/que-es-un-termometro.html http://pdf.rincondelvago.com/tipos-de-termometros.html http://es.scribd.com/doc/7423791/Tarea-Tipos-de-Termometros http://es.scribd.com/doc/30674725/Clases-de-termometros

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X.   ANEXOS:

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