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8/18/2019 FUNDAMENTO TEÓRICO - Lab3
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FUNDAMENTO TEÓRICO
Medición de Temperatura
Todas las substancias están compuestas de pequeñas partículas
denominadas moléculas,
que se encuentran en continuo movimiento. Cuanto más rápido es
el movimiento de lasmoléculas, mayor es la temperatura del cuerpo.
Por lo tanto la temperatura es una
medida de la energía cinética media de las moléculas de una
sustancia. También es
denominada como el agente que hace que el calor fluya de una
regin de alta
temperatura a otra de temperatura más ba!a. "stas definiciones
son complementarias
debido a sus velocidades moleculares. Cuando una sustancia que
posee alta energía
molecular se pone en contacto con otra de menor energía
molecular media, hay un flu!o
de energía en forma de calor de la sustancia de mayor
temperatura a la de menor
temperatura hasta estabili#arse.
"n la práctica, la temperatura se representa seg$n una escala
numérica, cuanto mayor es
su valor, mayor es la energía cinética media de los átomos del
cuerpo en cuestin. %aydiversas escalas que se han creado, las
cuales se utili#an de acuerdo a la necesidad y
costumbre. &e presenta a continuacin la equivalencia de las
escalas más conocidas.
° °C
5=
F -32
9=
K - 273
5=
R - 492
9
'nde( )C( Temperatura e*presada en grados centígrados.
)+( Temperatura e*presada en grados +ahrenheit.
( Temperatura e*presada en grados elvin.
-( Temperatura e*presada en grados -anine.
¿Cómo medir la temperatura?
"s imposible medir directamente la energía molecular media de un
cuerpo. "s también
difícil medir la cantidad de calor que fluye cuando hay una
diferencia de temperatura.
Por lo tanto es necesario recurrir a métodos indirectos para
medir la temperatura. /a
temperatura de una sustancia puede ser determinada midiendo
cualquier propiedad de la
sustancia que sea funcin de su temperatura. 'ado que no es
conveniente la medicin
directa de propiedades de la mayoría de los cuerpos se pone en
contacto con el cuerpo
cuya temperatura desea medirse. 0tros métodos basados en
variaciones en propiedades
eléctricas pueden ser más $tiles sea el caso de la
aplicacin.
Instrumentos de medición de temperatura
%ay varios instrumentos de medicin de temperatura los cuales
varían en sus principios
físicos para poder medir. Presentamos a continuacin un listado
de algunos de éstos(
a1 Termmetros de bulbo de sumersin total y parcial
b1 Termmetros bimetálicos
c1 Termocupla
d1 -T'e) Pirmetros pticos y de radiacin
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Para el presente traba!o slo se discutirá el funcionamiento y
utili#acin de los tres
primeros por ser de interés para la e*periencia de
laboratorio que se reali#.
a1 Termmetros de bulbo de inmersin total y parcial
"s un tubo de vidrio sellado que contiene mercurio, cuyo volumen
cambia con latemperatura de manera uniforme. "ste cambio de volumen
se aprecia en una
escala graduada. "l termmetro de mercurio fue inventado por
2abriel
+ahrenheit en el año 3435. 2eneralmente, los termmetros de bulbo
se grad$an
ya sea para inmersin parcial o total. /os que se grad$an para
inmersin parcial
tienen una marca de la profundidad de inmersin a una cierta
distancia del
bulbo. "stos termmetros han sido calibrados para utili#ar
la parte emergente del
vástago a una cierta temperatura 6generalmente temperaturas
ambientales
normales1 diferente a la del bulbo. &e debe de tener cuidado
para asegurar que el
termmetro se está utili#ando ba!o condiciones similares a
aquellas en las que
fue graduado.
/a medida para un termmetro de inmersin total es la correcta que
mediante su
calibracin indica. Por otro lado, para los de inmersin parcial
hay que hacer una
correccin en su medicin. /a correccin por la columna emergente
en un
termmetro de inmersin parcial puede determinarse con la
siguiente frmula(
'onde(
t3 7 /a temperatura leída.t8 7 /a temperatura promedio de
la columna emergente en )C 6medida con otro
termmetro a media altura de la columna emergente1.
/ 7 "l largo de la columna emergente 6en )C1.
C 7 /a constante numérica es el coeficiente de e*pansin aparente
del mercurio
en el vidrio.
b1 Termmetros bimetálicos
"stos constan de dos tiras metálicas 6de distinto coeficiente de
dilatacin1,
unidas entre sí en todo su largo para formar, generalmente, una
espira plana o
helicoidal. 9l aumentar la temperatura al bi:metal se dobla
hacia el lado del
material que tiene el menor coeficiente de dilatacin. "l
movimiento setransmite a un índice del instrumento. "l
funcionamiento se basa en el conocido
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principio de dilatacin diferencial entre tubo y barra, la
cual se utili#a para
producir la modificacin de presin sobre el diafragma de
válvulas de control en
la medida en que varía la temperatura alrededor del elemento
sensible 6bulbo1.
Cuando la temperatura sube, el bulbo de acero ino*idable que
forma la parte
e*terior del elemento sensible, se dilata. &u e*tremo está
conectado a la válvula
piloto del controlador a través de una barra de longitud
invariable con latemperatura. 'ebido a la dilatacin diferencial se
modifica la posicin de la
válvula piloto y en consecuencia la presin es amplificada en
potencia con el
refor#ador neumático 6booster1, que funciona en base al
principio de balance de
fuer#as. Con un controlador de accin directa, la presin de
salida se incrementa
al subir la temperatura. ;n controlador de accin inversa produce
una
disminucin de presin de salida cuando la temperatura sube.
c1 Termocupla
/os termopares se utili#an e*tensamente, ya que ofrecen una gama
de
temperaturas mucho más amplia y una construccin más robusta que
otros tipos.
&u reducido precio los convierte en una opcin muy atractiva
para grandessistemas de adquisicin de datos. "l funcionamiento de
éstos se basa en el
"fecto &eebec. "l efecto &eebec es la conversin de
diferencias de
temperatura directamente a electricidad. &eebec descubri que
la agu!a de una
br$!ula se desviaba cuando se formaba un circuito cerrado
de dos metales unidos
en dos lugares con una diferencia de temperatura entre las
uniones. "sto se debe
a que los metales responden diferentemente a la diferencia de
temperatura,
creando una corriente de circuito, que produce un campo
magnético. "s por ello
que una termocupla compone sencillamente de dos hilos de
diferentes metales
unidos en un e*tremo y abiertos en el otro. /a tensin que pasa
por el e*tremo
abierto es una funcin tanto de la temperatura de la unin como de
los metales
utili#ados en los dos hilos.
"n instrumentacin industrial, los termopares son usados como
sensores de
temperatura. &on econmicos, intercambiables, tienen
conectores estándar y son
capaces de medir un amplio rango de temperaturas. &u
principal limitacin está
en la e*actitud, pues es fácil obtener errores del sistema
cuando se traba!a con
precisiones inferiores a un grado Celsius.
Caliración de los instrumentos
http://es.wikipedia.org/wiki/Instrumentaci%C3%B3n_industrialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sonda_de_temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sonda_de_temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Sonda_de_temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sonda_de_temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Instrumentaci%C3%B3n_industrial
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/a calibracin de los instrumentos de temperatura mencionados se
reali#a por el método
de comparacin directa con el sensor de temperatura de referencia
conocido como
elemento patrn. "l establecimiento de un patrn cualquiera de
temperatura requiere un
dato para fi!ar la temperatura cero. Para ello se puede comparar
las temperaturas
medidas de los instrumentos que deseamos calibrar a la medicin
del elemento patrn.&on usuales los siguientes procedimientos
para poder reali#ar la calibracin(
Calibracin de bloque metálico
Calibracin por baño de líquido
Calibracin por horno de temperatura
Para le e*periencia de laboratorio hemos reali#ado la calibracin
por baño de líquido, la
cual consiste en tener un tanque de acero ino*idable lleno de
líquido, con un agitador
incorporado, un termmetro patrn sumergido y un controlador de
temperatura que
act$a sobre un !uego de resistencias calefactoras y sobre un
refrigerador mecánico
dotado de una bobina de refrigeracin. "n algunos modelos no
e*iste el refrigerador. "l
agitador mueve totalmente el líquido, disminuye los gradientes
de temperatura en el
seno del líquido y facilita una transferencia rápida de
calor< el termmetro patrn es de
tipo laboratorio, con una gran precisin< el controlador de
temperatura puede ser todo:
nada, proporcional o proporcional más integral. /os fluidos
empleados en el baño son
varios, dependiendo del campo de temperatura de traba!o. Para
nuestro caso hemos
utili#ado aceite.
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