UNIVERSIDAD DEL BÍO-BÍO DEPTO. DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL FACULTAD DE INGENIERÍA
Termodinámica (440160) Laboratorio N°1
“Medición de Temperaturas” Integrante 1. Marcelo Quezada Profesor 2. Germán Mendoza Ayudante 3. Saúl Jara Grupo 1 4. Lunes 15:40hrs
Concepción, 11 de abril de 2016
Introducción En el siguiente laboratorio se tendrá conocimiento de los instrumentos existentes que se utilizan para medir la temperatura y su manera para calibrarlos. Además se utilizará el Método de Calibración Indirecta para calibrar una serie de termómetros mediante un baño termostático, y confeccionar una tabla de datos y gráficos para la interpretación de los resultados obtenidos.
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Marco teórico La temperatura es una propiedad del estado térmico de un cuerpo referido a su capacidad de intercambiar calor con otros cuerpos. Si es relativa se mide en grados Celsius o Fahrenheit, si es absoluta se mide en Kelvin o grados Rankine. Ley cero de la termodinámica: establece que, cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero, estos están a su vez en equilibrio térmico entre sí Conversiones Escala Fahrenheit: - Absoluta: Grados Rankine (°R) -Relativa : Grados Fahrenheit (°F) °R = °F+ 460; en rigor: °R = °F + 459.69 Escala Centígrada (Celsius): - Absoluta: Kelvin (K) - Relativa: Grados Celsius (°C) K = °C + 273; en rigor: K =°C + 273.16 Relación escalas Centígrada y Fahrenheit: (
)
(Ecuación 1.1)
Error Absoluto |
|
(Ecuación 1.2)
Error Porcentual (Ecuación 1.3) Constante de calibración ∑
(Ecuación 1.4)
Calibración de Termómetros: Calibración directa: consiste en determinar los valores de la magnitud termométrica en los diferentes puntos fijos. Calibración indirecta: consiste en comparar el termómetro a calibrar con un termómetro patrón. Fuentes de error en la medición de temperaturas con termómetros: - Si no se adopta precauciones, el elemento sensible intercambia calor por radiación y conducción con el ambiente. - Si la temperatura de la superficie a medir difiere mucho de la temperatura ambiente existe un gradiente apreciable de temperatura dentro del sólido cuya temperatura superficial se mide, etc. 3
Equipamiento 1-Termómetro Patrón 2-Termómetro Digital 3-Termómetro Acorazado 4-Termómetro Bimetálico 5-Termómetro de mercurio
Figura 1: Baño para calibración de termómetros
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Procedimiento 1. 2. 3. 4.
Realizar las conexiones del circuito. Fijar los termómetros en el baño termostático según especificaciones de inmersión. Fijar la temperatura del baño termostático por medio del termómetro patrón) Poner en funcionamiento el sistema y esperar un intervalo de tiempo hasta lograr el equilibrio térmico. 5. Registrar las temperaturas de todos los termómetros.
6.
Fijar una nueva temperatura en el baño termostático y realizar la nueva lectura durante cinco veces
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Datos Tabla 1: Registro de temperatura de todos los termómetros. Mediciones
1 2 3 4 5
Termómetro Patrón (°C) 18,89 21,11 23,33 26,67 28,89
Termómetro Bimetálico
Temperatura Indicada (°C) Termómetro Termómetro Acorazado Digital
12 14 16 19,5 21,15
20 22 24 27 29
6
19,2 21,2 23,5 26,5 28,9
Termómetro de Mercurio 18 22 23,7 26,7 29
Ejemplo de Calculo 1. En el laboratorio el termómetro de patrón tiene la temperatura en grados Fahrenheit, por lo que se debe convertir a grados Celsius, si la primera medición es de 66°F, mediante la ecuación 1.1 se obtiene: (
)
De este modo se transforman las demás mediciones del termómetro patrón. 2. Para determinar el error absoluto utilizando la ecuación 1.2 y por medio de la primera medición se tiene que | |
Ahora, para el error porcentual utilizando la ecuación 1.3:
De este manera de determina el error absoluto y porcentual con el resto de mediciones obtenidas en el laboratorio y así completar la tabla 2, que se muestra más adelante.
3. Para calcular la constante de calibración, usando la ecuación 1.4 y tomando como ejemplo los valores absolutos obtenidos en el termómetro acorazado, se tiene:
De esta manera se determinaron el resto de las constantes de acuerdo a su termómetro.
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Resultado Tabla 2: Registro de error absoluto y error porcentual de cada termómetro. Mediciones
1 2 3 4 5
Termómetro Bimetálico 6,89 7,11 7,33 7,17 7,74
36,47 33,68 31,43 26,88 26,79
Termómetro Acorazado 1,11 0,89 0,67 0,33 0,11
5,56 4,04 2,78 1,23 0,38
8
Termómetro Digital 0,31 0,09 0,17 0,17 0,01
1,62 0,42 0,71 0,63 0,04
Termómetro de Mercurio 0,89 0,89 0,37 0,03 0,11
4,94 4,04 1,55 0,12 0,38
1. GRAFICOS DE CORRECCION Grafico 1.1: Termómetro Bimetálico
Error absoluto v/s Temperatura Indicada
Error Absoluto 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00
Termómetro Bimetálico
4,00 Constante de calibración del bimetálico
3,00 2,00 1,00 0,00 0
10
20
Temperatura Indicada °C
Grafico 1.2: Termómetro Digital
Error Absoluto
Error absoluto v/s Temperatura Indicada 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00
Termómetro Digital
4,00 Constante de calibración del Digital
3,00 2,00 1,00 0,00 0
10
20
30 Temperatura Indicada °C
9
Grafico 1.3: Termómetro de Mercurio
Error absoluto v/s Temperatura Indicada Error Absoluto 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00
Termómetro de Mercurio
4,00 Constante de calibración del Mercurio
3,00 2,00 1,00 0,00 0
10
20
30 Temperatura Indicada °C
Grafico 1.4: Termómetro Acorazado
Error Absoluto
Error absoluto v/s Temperatura Indicada 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00
Termómetro Acorazado
4,00 Constante de calibración del Acorazado
3,00 2,00 1,00 0,00 0
10
20
30 Temperatura Indicada °C
10
2. CURVAS DE CALIBRACION Grafica 2: Temperaturas indicada en el laboratorio v/s a la temperatura del patrón con su determinada curva de calibración.
Temperatura Indiciada v/s Temperatura Patrón Temperatura Indicada °C 30
28
26
24
22
Termómetro Bimetálico Termometro Acorazado
20
Termómetro Patrón Termómetro Digital
18
Termómetro de Mercurio
16
14
12
10 18,89
23,89
28,89
11
Temperatura Patrón °C
Conclusión En este laboratorio se tuvo el conocimiento de conocer los diferentes tipos de instrumentos que miden la temperatura: el termómetro bimetálico, acorazado, digital y de mercurio y se utilizó el método de calibración indirecta mediante un termómetro patrón que media la temperatura en grados Fahrenheit. Se puede analizar que, de acuerdo a las 5 veces en que se procede a tomar la temperatura de los termómetros en el baño termostático, el termómetro bimetálico difiere en la magnitud de temperatura en relación al termómetro patrón, esto puede ser debido a que dicho termómetro se más lejano del calefactor dentro del recipiente, además dentro del procedimiento de medición estaba mucho más al límite con la temperatura de la superficie con lo que difiere sus valores de acuerdo a los demás termómetros. En relación al termómetro de mercurio, acorazado y digital, si bien en un principio tuvieron una leve diferencia con respecto al patrón, se puede ver en el grafico 2 que el registro de temperatura que estos marcaron convergen mucho mejor a la temperatura del patrón, debió ser principalmente a la buena distribución alrededor del calefactor y principalmente el digital que dado a su más moderno funcionamiento estuvo muy cercano a las magnitudes del termómetro patrón
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