calibracion de termometros

✔ Comprender que siempre vamos a tener medidas aproximadas por efectos de errores en la toma de medidas ya sea por el instrumento mal calibrado o por operador. ✔ Comprender la importancia de tener un patrón de medida en nuestros laboratorios para poder calibrar nuestros instrumentos. ✔ Aprender a calibrar

termómetros de columna de Hg y Conocer la

variación de los valores tomados con un termómetro de columna de mercurio, comparándola con la medida patrón de la termocupla ✔ Observar los errores cometidos por cada termómetro y ajustar dichos errores a una aproximación con la curva de correccion. II.- FUNDAMENTO TEORICO CALIBRACION: El método de calibración de los termómetros es hacer una comparación con un sistema de referencia (patrón) y el sistema que se desea utilizar, para saber la precisión y exactitud con la que se dispone a trabajar. Esta medición sirve para saber cuan desviados están los equipos que se utilizan, así como para tener un mejor control de las variables del experimento de tal manera que podamos ajustar los valores medidos a un estándar. TERMÓMETRO: Es un instrumento de medición de temperatura. Desde su invención ha evolucionado mucho, principalmente a partir del desarrollo de los termómetros electrónicos digitales. Inicialmente se fabricaron aprovechando el fenómeno de la dilatación, por lo que se prefería el uso de materiales con elevado coeficiente de dilatación, de modo que, al aumentar la temperatura, su estiramiento era fácilmente visible. El metal base que se utilizaba en este tipo de termómetros ha sido el mercurio, encerrado en un tubo de vidrio que incorporaba una escala graduada .TIPOS DE TERMÓMETROS: ✔ Termómetro de mercurio: es un tubo de vidrio sellado que contiene un líquido, generalmente mercurio o alcohol coloreado, cuyo volumen cambia con la temperatura de manera uniforme. Este cambio de volumen se visualiza en una escala graduada. El termómetro de mercurio fue inventado por Fahrenheit en el año 1714. ✔ Pirómetro: son utilizados en fundiciones, fábricas de vidrio, etc. Existen varios tipos según su principio de funcionamiento. ✔ Termómetro de lámina bimetálica: Formado por dos láminas de metales de coeficientes de dilatación muy distintos y arrollados dejando el coeficiente

MEDICIÓN DE TEMPERATURA Y CALIBRACIÓN DE TERMÓMETROS FIME más alto en el interior. Se utiliza sobre todo como sensor de temperatura en el termohigrógrafo. ✔ Termómetro de 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. ✔ Termómetro de resistencia: consiste en un alambre de algún metal (como el platino) cuya resistencia eléctrica cambia cuando varia la temperatura. ✔ Termistor: Se detecta la temperatura con base a un termistor que varía el valor de su resistencia eléctrica en función de la temperatura. Un ejemplo son los termómetros que hacen uso de integrados como el LM35 (el cual contiene un termistor). Las pequeñas variaciones de tensión entregadas por el integrado son acopladas para su posterior procesamiento por algún conversor analógico-digital para convertir el valor de la tensión a un número binario. Posteriormente se despliega la temperatura en un visualizador. INSTRUMENTOS DE MEDIDA: SENSIBILIDAD, PRECISIÓN, INCERTIDUMBRE. La parte fundamental de todo proceso de medida es la comparación de cierta cantidad de la magnitud que deseamos medir con otra cantidad de la misma que se ha elegido como unidad patrón. En este proceso se utilizan los instrumentos de medida que previamente están calibrados en las unidades patrón utilizadas. Los instrumentos de medida nos permiten realizar medidas directas (un número seguido de la unidad) de una magnitud. Un instrumento de medida se caracteriza por los siguientes factores: •

Sensibilidad. Es la variación de la magnitud a medir que es capaz de apreciar el instrumento. Mayor sensibilidad de un aparato indica que es capaz de medir variaciones más pequeñas de la magnitud medida.

•

Precisión. La medida que es capaz de apreciar un instrumento. Está relacionada con la sensibilidad. A mayor sensibilidad, menores variaciones es capaz de apreciar, medidas más pequeñas nos dará el instrumento.

•

La incertidumbre está relacionada con el proceso de medida. Se trata del máximo error de la medida. Evidentemente, está relacionada con la precisión del instrumento. Por regla general se toma como incertidumbre la precisión del aparato, algunas veces aunque no sea demasiado correcto se toma la mitad de la precisión como incertidumbre

LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA

Página 2

MEDICIÓN DE TEMPERATURA Y CALIBRACIÓN DE TERMÓMETROS FIME

ERRORES EXPERIMENTALES. Tenemos dos tipos de errores en el proceso de medida: ➢ Errores sistemáticos. Tienen que ver con la metodología del proceso de medida (forma de realizar la medida): •

Calibrado del aparato. Normalmente errores en la puesta a cero. En algunos casos errores de fabricación del aparato de medida que desplazan la escala. Una forma de arreglar las medidas es valorando si el error es lineal o no y descontándolo en dicho caso de la medida.

•

Error de paralaje: cuando un observador mira oblicuamente un indicador (aguja, superficie de un líquido,...) y la escala del aparato. Para tratar de evitarlo o, al menos disminuirlo, se debe mirar perpendicularmente la escala de medida del aparato.

➢ Errores accidentales o aleatorios. Se producen por causas difíciles de controlar: momento de iniciar una medida de tiempo, colocación de la cinta métrica, etc. Habitualmente se distribuyen estadísticamente en torno a una medida que sería la correcta. Para evitarlo se deben tomar varias medidas de la experiencia y realizar un tratamiento estadístico de los resultados. Se toma como valor o medida más cercana a la realidad la media aritmética de las medidas tomadas. CÁLCULO DE ERRORES: ERROR ABSOLUTO, ERROR RELATIVO. Bien sea una medida directa (la que da el aparato) o indirecta (utilizando una fórmula) existe un tratamiento de los errores de medida. Podemos distinguir dos tipos de errores que se utilizan en los cálculos : •

Error absoluto. Es la diferencia entre el valor de la medida y el valor tomado como exacto. Puede ser positivo o negativo, según si la medida es superior al valor real o inferior (la resta sale positiva o negativa). Tiene unidades, las mismas que las de la medida.

•

Error relativo. Es el cociente (la división) entre el error absoluto y el valor exacto. Si se multiplica por 100 se obtiene el tanto por ciento (%) de error. Al igual que el error absoluto puede ser positivo o negativo (según lo sea el error absoluto) porque puede ser por exceso o por defecto. no tiene unidades .

III. ESPECIFICACIONES DE EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES :


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MEDICIÓN DE TEMPERATURA Y CALIBRACIÓN DE TERMÓMETROS FIME NOMBRE CALENADOR ELECTRICO

DESCRIPCION Instrumento alimentado de corriente alterna que nos permitie incrementar la temperatura del fluido para la toma de medidas.

TERMOCUPLA

Instrumento patron que nos sera de referencia para calibrar los termometros. Termocupla digital tipo K Intervalo de uso de -50°C hasta 300°C Estable y exacto

TERMOMETROS

T1: Intervalo de uso -10°C hasta 110°C Modelo Boeco Germany

T2: Intervalo de uso -10°C hasta 150°C Modelo Grardina Italy

T3: Intervalo de uso 0°C hasta 360°C


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Objeto que se utiliza para conducir el calor al fluido

RECIPIENTE PARA CALENTAR

TERMOMETRO DIGITAL

Este termometro nos registra la temperatura ambiente y la hora que desarrollamos la practica. Termómetro tipo k- model 303c-clock:

IV. DATOS EXPERIMENTALES: TERMOCUPLA

T1

T2

T3

°c

°c

°c

°c

1

30

31

29.5

30

2

35

36

34.5

35

3

40

41

39.5

40.5

4

45

45.5

45

44.5

5

50

50

50

50.5

6

55

54

54

55

7

60

61

60.5

61

8

65

64.5

65

66

PUNTOS


Página 5

MEDICIÓN DE TEMPERATURA Y CALIBRACIÓN DE TERMÓMETROS FIME 9

70

70

70

70.5

10

75

74.5

74.5

75

11

80

79

79

80

CONDICIONES AMBIENTALES PRESIÓN = 1atm TBS: Temperatura de Bulbo Seco = 26.2 °C TBH: Temperatura de Bulbo Húmedo = 24 °C HUMEDAD = 71% TEMPERATURA AMBIENTE: 27.4°C

V.- PROCEDIMIENTO: ➢ Ubicamos el calentador eléctrico en un espacio libre de obstáculos estáticamente equilibrada, donde no pueda sufrir cambios de posición natural. ➢ Anotamos la temperatura de bulbo húmedo (TBH), para ello usamos un retaso de tela húmeda adherida a la base del termómetro.

➢ Una vez instalado el calentador eléctrico, en un recipiente llevamos el agua como fluido de trabajo para elevar su temperatura.


Página 6

MEDICIÓN DE TEMPERATURA Y CALIBRACIÓN DE TERMÓMETROS FIME ➢ Encendido el calentador eléctrico insertamos en el fluido del recipiente los 3 termómetros a calibrar, de tal manera que estos no choquen con las paredes del recipiente.

➢ Registramos las medidas de los termómetros en cada intervalo de temperatura propuesta por el ensayista (en nuestro caso cada 5 °C de temperatura en aumento) en una tabla, la cual será nuestra base de dato para posteriores usos de análisis.

➢ Obtenida la base datos estamos listos para realizar el análisis de ellos.


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MEDICIÓN DE TEMPERATURA Y CALIBRACIÓN DE TERMÓMETROS

FIME

VI.- CALCULOS Y RESULTADOS:

n °

Termocu T1 T2 T3 pla (°C) (°C) (°C) (°C)

1

30

2

35

3

40

4

45

5

50

6

55

7

60

8

65

9 1 0 1 1

70 75 80

DESVIACION ESTANDAR

VARIANZA V1

V2

V3

DV1

DV2

DV3

29. 0.12 0.00 0.70 0.76 0.000 31 5 30 0.5 5 0 7 4 0 34. 0.12 0.00 0.70 0.76 0.000 36 5 35 0.5 5 0 7 4 0 39. 40. 0.12 0.12 0.70 0.76 0.353 41 5 5 0.5 5 5 7 4 6 45. 44. 0.12 0.12 0.35 0.28 0.353 5 45 5 5 0 5 4 9 6 50. 0.12 0.00 0.00 0.353 50 50 5 0 0 5 0 0 6 0.00 0.70 0.57 0.000 54 54 55 0.5 0.5 0 7 7 0 60. 0.12 0.50 0.70 0.50 0.707 61 5 61 0.5 5 0 7 0 1 64. 0.12 0.50 0.35 0.28 0.707 5 65 66 5 0 0 4 9 1 70. 0.12 0.00 0.00 0.353 70 70 5 0 0 5 0 0 6 74. 74. 0.12 0.12 0.00 0.35 0.28 0.000 5 5 75 5 5 0 4 9 0 0.00 0.70 0.57 0.000 79 79 80 0.5 0.5 0 7 7 0


ERRORES ABSOLUTOS

ERROR RELATIVO ER1 ER2 (%) (%)

EABS1(°C

EABS2

EABS3

)

(°C)

(°C)

1

-0.5

0

3.333 1.667

1

-0.5

0

2.857 1.429

1

-0.5

0.5

2.500 1.250

0.5

0

-0.5

1.111 0.000

0

0

0.5

0.000 0.000

-1

-1

0

1.818 1.818

1

0.5

1

1.667 0.833

-0.5

0

1

0.769 0.000

0

0

0.5

0.000 0.000

-0.5

-0.5

0

0.667 0.667

-1

-1

0

1.250 1.250

Página 8

ER3 (%)

0.00 0 0.00 0 1.25 0 1.11 1 1.00 0 0.00 0 1.66 7 1.53 8 0.71 4 0.00 0 0.00 0

MEDICIÓN DE TEMPERATURA Y CALIBRACIÓN DE TERMÓMETROS

FIME

Error absoluto Eabs= valor medido-valor patron

Error relativo(Erel)=∣valor medido-valor patron∣valor patronx100


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VII.- GRAFICAS: 1) ANALIZANDO LA CURVA CARACTERISTICA Tp VS T1 n

T(°C)

T1(°C)

T*T1

T^2

T1^2

1

30

31

930

900

961

2 3 4 5 6

35 40 45 50 55

36 41 45.5 50 54

1260 1640 2047.5 2500 2970

1225 1600 2025 2500 3025

1296 1681 2070.25 2500 2916

7 8 9 10

60 65 70 75

61 64.5 70 74.5

3660 4192.5 4900 5587.5

3600 4225 4900 5625

3721 4160.25 4900 5550.25

11

80

79

6320

6400

6241

N=11

SX =605

SY

SXY

SXX

SYY

=606.5

=36007.5

=36025

=35996.75

SX =∑T SY =∑T1 SXY =∑T*T1

SXX =∑T2 SYY =∑T12

RECTA DE AJUSTE POR EL METODO DE LOSMINIMOS CUADRADOS: Y= mX+b m=N* SXY-SX* SYN*SXX-SX*SX

b=SXX*SY-SX*SXY N*SXX-SX*SX

REMPLANZANDO TENEMOS:

m=0.9636363

Entonces la recta de ajuste sera:

b=2.136363

y = 0.9636x + 2.1364


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GRAFICA Tp VS T1

2) ANALIZANDO LA CURVA CARACTERISTICA Tp VS T2

N

T(°C)

T2(°C)

T*T2

T^2

T2^2

1

30

29.5

885

900

870.25

2

35

34.5

1207.5

1225

1190.25

3

40

39.5

1580

1600

1560.25

4

45

45

2025

2025

2025

5

50

50

2500

2500

2500

6

55

54

2970

3025

2916

7

60

60.5

3630

3600

3660.25

8

65

65

4225

4225

4225

9

70

70

4900

4900

4900

10

75

74.5

5587.5

5625

5550.25

11

80

79

6320

6400

6241

N=11

SX=60 5

SY=601 .5

SXY=35 830

SXX=36 025

SYY=3563 8.25

RECTA DE AJUSTE POR EL METODO DE LOSMINIMOS CUADRADOS:

Y=mX+b m=N* SXY-SX* SYN*SXX-SX*SX m=0.9990991

b=SXX*SY-SX*SXY N*SXX-SX*SX b=-0.268182

Y=0.9990991X-0.2682


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GRAFICA Tp Vs T2

3) ANALIZANDO LA CURVA CARACTERISTICA Tp VS T2

n

T(°C)

T3(°C)

T*T3

T^2

T3^2

1

30

30

900

900

900

2

35

35

1225

1225

1225

3

40

40.5

1620

1600

1640.25

4

45

44.5

2002.5

2025

1980.25

5

50

50.5

2525

2500

2550.25

6

55

55

3025

3025

3025

7

60

61

3660

3600

3721

8

65

66

4290

4225

4356

9

70

70.5

4935

4900

4970.25

10

75

75

5625

5625

5625

11

80

80

6400

6400

6400

N=11

SX=605

SY=608

SXY=362 07.5

SXX=36 025

SYY=36 393


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RECTA DE AJUSTE POR EL METODO DE LOSMINIMOS CUADRADOS:

Y=mX+b m=N* SXY-SX* SYN*SXX-SX*SX

m=1.00636364

b=SXX*SY-SX*SXY N*SXX-SX*SX

b=-0.07727273

Y=1.00636364X - 0.07727273

GRAFICA Tp Vs T3

4) CURVAS DE ERROR Y CORRECCION DE LOS TERMOMETROS

CALIBRADOS


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VIII.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

OBSERVACIONES: 1) Para evitar errores de paralaje los termómetros deben estar en posición

vertical al momento de visualizar la medida, y de tal forma minimizar el error de lectura. CONCLUSIONES: 1) Concluimos que la calibración de los termómetros resulto exitosa con un

margen de error de ±1 como podemos observar en los graficos. 2) Comprendemos la importancia de tener patrones de medida en nuestros laboratorios para poder calibrar nuestros instrumentos, porque entendemos que cada instrumento tiene un margen de error, por eso es necesario el calibrar con un instrumento patrón.

RECOMENDACIONES:

1) Evitar el contacto directo

de los termómetros con las paredes del recipiente puesto que en estas partes el calor es mucho mayor que el del liquido.


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MEDICIÓN DE TEMPERATURA Y CALIBRACIÓN DE TERMÓMETROS FIME 2)

Tener cuidado con la Termocupla, no acercar mucho al calentador eléctrico puesto que este con el calor que genera puede hacer que la Termocupla nos de otro valor.


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calibracion de termometros

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