Practica 7 Temperatura Lab Termofluidos Cobos Lopez Cesar Ricardo Gpo 10

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Ingeniería

Laboratorio de Termofluidos

Profesor:Ing. Mauricio Iván Escalante Camargo Semestre 2014-2

Practica No. 7

Temperatura

Grupo: 10

Alumno:Cobos López Cesar Ricardo

ObjetivoComparar diferentes termometros y obtener cual es el mejor para el experimento a realizar.

IntroducciónTermometro

El termómetro (del griego θερμός (thermos), el cuál significa "caliente" y metro, "medir") 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.

El creador del primer termoscopio fue Galileo Galilei; éste podría considerarse el predecesor del termómetro. Consistía en un tubo de vidrio terminado en una esfera cerrada; el extremo abierto se sumergía boca abajo dentro de una mezcla de alcohol y agua, mientras la esfera quedaba en la parte superior. Al calentar el líquido, éste subía por el tubo.

La incorporación, entre 1611 y 1613, de una escala numérica al instrumento de Galileo se atribuye tanto a Francesco Sagredo como a Santorio Santorio, aunque es aceptada la autoría de éste último en la aparición del termómetro.

Tipos de termómetrosSe hace énfasis en los termómetros vistos en la practica

-Termómetro de mercurio: es un tubo de vidrio sellado que contiene mercurio, 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 Gabriel Fahrenheit en el año 1714.

Un termómetro de mercurio consta básicamente de un depósito de vidrio que se prolonga en una varilla provista de un tubo capilar vacío, por el que asciende el mercurio al dilatarse, como consecuencia de la absorción de calor.

Sobre la varilla se graba una escala graduada. La lectura X en la escala está relacionada con la temperatura T a la que se encuentra el termómetro.

Ventajas: Es fácil de leer Es exacto (Solo en cierta escala

Desventajas: Solo puedes medir temperaturas entre ( - 39ºC --------> 357ºC) Por que son los puntos de fusión ( -39ºC) más abajo de esta temperatura le Mercurio se vuelve Sólido. Y el punto de ebullición ( 357ºC) A temperaturas más altas el Mercurio se convierte en vapor No puedes medir temperaturas más bajas que -39ºC, Ni más altas que 357ºC El Mercurio es cancerígeno Es muy frágil, ( Se rompe fácilmente) No soporta cambios brusco de temperatura

-Pirómetros: termómetros para altas temperaturas, son utilizados en fundiciones, fábricas de vidrio, hornos para cocción de cerámica etc.. Existen varios tipos según su principio de funcionamiento:4Pirómetro óptico: se fundamentan en 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 reostato calibrado. Se utilizan para medir temperaturas elevadas, desde 700 °C hasta 3.200 °C, a las cuales se irradia suficiente energía en el espectro visible para permitir la medición óptica.Pirómetro de radiación total: se fundamentan en la ley de Stefan-Boltzmann, según la cual, la intensidad de energía emitida por un cuerpo negro es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta.Pirómetro de infrarrojos: captan la radiación infrarroja, filtrada por una lente, mediante un sensor fotorresistivo, dando lugar a una corriente eléctrica a partir de la cual un circuito electrónico calcula la temperatura. Pueden medir desde temperaturas inferiores a 0 °C hasta valores superiores a 2.000 °C.Pirómetro fotoeléctrico: se basan en el efecto fotoeléctrico, por el cual se liberan electrones de semiconductores cristalinos cuando incide sobre ellos la radiación térmica.

-Termómetro de lámina 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 en el termohigrógrafo.

Se basa en la diferencia de dilatación de los metales tales como: Aluminio Bronce, Cobre , Laton , Níquel , Níquel Cromo , Monel , Acero , Aleación Hierro – Niquel(36%) llamada Invar , Porcelana , Cuarzo. El aluminio tiene el mayor coeficiente de dilatación de los mencionados.Se obtienen exactitudes del orden del 1% de la medición.

Las combinaciones mas usuales son

Par BimetálicoTemperatura máxima de utilización

Aluminio - Invar 250oCNíquel - Cuarzo 600oCBronce - Invar 600oCNíquel Cromo - Porcelana

1000oC

en general se colocan dentro del tubo dos espirales concéntricos de sentidos contrarios para eliminar efectos no deseados , y tener longitudes grandes para obtener elevadas sensibilidades.

-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 varía la temperatura.Los termómetros de resistencia o termómetros a resistencia son transductores de temperatura, los cuales se basan en la dependencia de la resistencia eléctrica de un material con la temperatura, es decir, son capaces de transformar una variación de temperatura en una variación de resistencia eléctrica. ideal para realizar mediciones donde se requiere una alta precisión y una documentación online. El termómetro de resistencia en un rango de -200°C a +850°C hasta una temperatura de +1760°C con una resolución de 0,1°C en todo el rango de medición.

Los materiales más usados como termómetros a resistencia son el platino, el cobre y el tungsteno. El platino tiene la particularidad de tener una relación resistencia-temperatura sumamente lineal, por lo cual es el material más utilizado y generalmente se le denominan a estos termómetros IPRT (Industrial Platinum Resistance Thermometer) o RTD (Resistance Temperature Detector). El platino tiene las ventajas de:

• Ser químicamente inerte.• Tiene un elevado punto de fusión (2041,4 K).• Como ya hemos dicho, tiene una alta linealidad.Puede ser obtenido con un alto grado de pureza y claridad.PLATINO Es el material más adecuado desde el punto de vista de precisión y estabilidad, pero presenta el inconveniente de su coste. En general la sonda de resistencia de Pt utilizada en la industria tiene una resistencia de 100 ohmios a 0 ºC. por esta razón, y por las ventajosas propiedades físicas del Pt fue elegido este termómetro como patrón para la determinación de temperaturas entre los puntos fijos desde el punto del Oxigeno (-183 ºC) hasta el punto de Sb (630'5).Con un termómetro de este tipo convenientemente graduado, se pueden hacer medidas con una exactitud de 0'01 ºC y cambios de temperatura de 0'001 ºC pueden medirse fácilmente.El valor elegido para Ro es de ordinario 25'5 ohmios aproximadamente; la resistividad del platino aumenta aproximadamente 0'39% de la resistividad a 0 ºC por grado de elevación de temperatura.A 100 ºC el valor de Rt será por consiguiente 35'5 ohmios, aumento de 0'1 ohmios por grado.Para medir hasta 0'01 con un error menor que 1% habría que medirse Rt con aproximación de 0'00001 ohmios. El elemento medidor puede ser un puente de Wheaston o un potenciómetro de precisión.El Platino se emplea mucho en los termómetros de resistencia industriales, en escala de temperatura aproximadamente -50 ºC hasta 550 ºC.Los arrollamientos están protegidos contra desperfectos por tubos de metal y dispuestos de manera que permiten rápido

intercambio de calor en el arrollamiento y el medio en que está colocado el tubo

-Termopar: un termopar o termocupla es un dispositivo utilizado para medir temperaturas basado en la fuerza electromotriz que se genera al calentar la soldadura de dos metales distintos.Si se unen hilos de metales diferentes y se mantienen las dos uniones a temperaturas diferentes se observaría una corriente continua. Si este circuito se abre la fuerza electromotriz que se genera es función de la temperatura y de los metales empleados.

Ventajas: Sin necesidad de alimentación externaSencilloBaratoGran variedadGran rango de temperaturaMuy industrializado y normalizado

Desventajas:Falta de linealidadRespuesta de bajo voltaje

Necesidad de unión de referencia El menos estableEl menos sensible

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

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

-Termómetro de alcohol: El termómetro de alcohol usa un principio muy similar al de los termómetros de mercurio. Ambos están compuestos de un tubo de vidrio y un interior líquido. El alcohol se empuja a través de un pequeño capilar en el tubo de vidrio. Como en el termómetro de mercurio, este se elevará a través del tubo al elevarse la temperatura. Estos son muy precisos, pero tienden a desaparecer con el tiempo. Comúnmente se utilizan cuatro tipos diferentes de alcohol:

etanol, tolueno, acetato de isoamilo y queroseno, que por lo general se tiñen de rojo o azul.El termómetro de alcohol es un tubo capilar de vidrio de un diámetro interior muy pequeño (casi como el de un cabello), que cuenta con paredes gruesas; en uno de sus extremos se encuentra una dilatación, llamada bulbo, que está llena de alcohol.

El alcohol es una sustancia que se dilata o contrae y, por lo tanto, sube o baja dentro del tubo capilar con los cambios de temperatura. En el tubo capilar se establece una escala que marca exactamente la temperatura en ese momento.

El termómetro de alcohol fue el primero que se creó, y mide la temperatura de manera efectiva.

Los termómetros de alcohol sirven para tomar la temperatura del ambiente: se usa en todo tipo de ambiente, pero no en persona

-Termómetros 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.

Equipo

• Termómetro de mercurio

• Termómetro de alcohol

• Termopar

• Resistencia de platino

• Bimetálico

• Pirómetro

Análisis estadístico de los termómetros

Se utilizaran diferentes conceptos vistos en clase de probabilidad y estadistica para poder determinar que termometro es el mejor de acuerdo con el analisis que realizaremos.

1º Experimento Q1=3

t[s] T1 [°C] T2 [°C] T3 [°C] T4 [°C] T5[°C] T6 [°C]0 26 26 24.9 24 25 28

30 29 31 26.1 26 26 3060 34 34 31.5 30 31 3290 37 36 34.8 34 35 35

120 40 40 37.5 38 38 38150 44 43 40.7 41 42 40180 47 46 43.9 44 45 43210 50 50 46.8 48 50 47240 55 55 51.4 52 53 50270 59 60 55.6 55 56 53300 62 63 58.8 58 59 56330 64 65 61.5 62 63 60360 67 67 64.3 64 66 62390 70 70 66.8 73 69 65420 74 75 69.3 74 72 70

450 76 77 73 74 75 75480 80 81 76.5 77 79 79510 83 84 79.3 81 81 83540 85 87 82 83 84 85570 88 89 84.8 85 88 88600 91 94 88.3 88 91 92630 93 96 91 91 93 94660 93 97 92.3 92 93 98690 93 97 93 93 93 98720 93 97 93 94 93 98750 93 97 93 94 93 98

T1 [°C]=Termopar 1

MEDIA= 66.384615VARIANCIA= 503.126154

DESVIACION ESTANDAR= 22.430474COEFICIENTE DE VARIACION= 0.337887

COEFICIENTE DE DETERMINACION= 0.988108ECUACION (AJUSTE POR MINIMOS

CUADRADOS) y = 0.1x + 27.632

T2 [°C]=Termopar 2

MEDIA= 67.576923VARIANCIA= 559.133846



CUADRADOS) y = 0.1022x + 29.248

T3 [°C]=Resistencia de Platino

MEDIA= 63.850000VARIANCIA= 519.540200



CUADRADOS) y = 0.1053x + 25.786

T4 [°C]=Termometro de alcohol

MEDIA= 64.423077VARIANCIA= 539.693846



CUADRADOS) y = 0.1003x + 26.803

T5 [°C]=Termometro de mercurio

MEDIA= 65.115385VARIANCIA= 537.146154



CUADRADOS) y = 0.1x + 27.632

T6 [°C]=Bimetalico

MEDIA= 65.269231VARIANCIA= 589.084615



CUADRADOS) y = 0.1053x + 25.786

0 100 200 300 400 500 600 700 8000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Termopar 1Termopar 2Resistencia de platinoAlcoholMercurioBimetalico

Tiempo [s]

Tem

per

atu

ra [

°C]

2º Experimento Q1>3

t[s] T1 [°C] T2 [°C] T3 [°C] T4 [°C] T5[°C] T6 [°C]0 25 25 24.8 22 25 31

30 29 29 26.9 28 29 3460 40 39 34.8 39 41 4075 45 45 39.9 44 47 4390 49 50 45.3 49 52 48

105 54 56 50.2 53 56 53120 58 62 55.3 58 59 56135 63 68 60.2 64 64 60150 67 72 64.5 69 68 64165 71 76 69.3 74 73 67180 76 81 73.8 77 76 77195 81 84 77.7 83 81 84210 85 90 82 86 87 88225 90 95 87.1 90 89 93240 93 96 90.5 95 92 98255 93 96 92.4 95 92 99270 93 96 92.8 95 92 99285 93 96 93 95 92 99

T1 [°C]=Termopar 1

MEDIA= 66.944444VARIANCIA= 521.232026



CUADRADOS) y = 0.2677x + 25.454

T2 [°C]=Termopar 2

MEDIA= 69.777778VARIANCIA= 590.653595



CUADRADOS) y = 0.2882x + 25.38

T3 [°C]=Resistencia de Platino

MEDIA= 64.472222VARIANCIA= 548.333889



CUADRADOS) y = 0.2753x + 21.79

T4 [°C]=Termómetro de alcohol

MEDIA= 67.555556VARIANCIA= 582.261438



CUADRADOS) y = 0.2829x + 23.71

T5 [°C]=Termómetro de mercurio

MEDIA= 67.500000VARIANCIA= 493.911765



CUADRADOS) y = 0.2596x + 27.26

T6 [°C]=Bimetalico

MEDIA= 68.500000VARIANCIA= 583.794118



CUADRADOS) y = 0.2829x + 24.65

0 50 100 150 200 250 3000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Termopar 1Termopar 2Resistencia de platinoMercurioAlcoholBimetalico

Tiempo [s]

Tem

per

atu

ra [

°C]

(SE ADJUNTA EL ARCHIVO DEL ANALISIS ESTADISTICO)

Conclusiones

Para poder determinar el mejor termómetro, debemos tener en cuenta para que lo vamos a utilizar, teniendo en cuenta esto podemos analizar las ventajas y desventajas de cada uno para poder tomar una buena decisión al elegir el que mas nos convenga en ese momento. Para nuestro experimento debemos tomar en cuenta las ventajas y desventajas de nuestros termómetros asi como el análisis estadístico que realizamos con la ayuda de Excel y los apuntes de la materia de probabilidad y estadística. Tomaremos en cuenta los coeficientes de determinación de todos los termómetros, este se determina a través de un ajuste realizado con mínimos cuadrados, entre mas cerca de uno quiere decir que nuestro modelo obtenido es mejor ya que la recta representa casi todos los puntos, de acuerdo con el coeficiente de determinación el mejor termómetro en el experiment 1 es el bimetálico obteniendo un coeficiente de determinación de 0.995378, mientras que para el segundo experimento el mejor termómetro es el de resistencia de platino obteniendo un coeficiente de determinación de 0.992111, teniendo en cuenta estos datos, compararemos estos dos termómetros con sus ventajas y desventajas, haciendo esto, puedo decir que el mejor termómetro para este experimento es el de resistencia de platino ya que este tiene un mayor rango y una mucho mejor resolución comparado con el bimetálico, para poder determinar cual de los dos es mas estable utilizaremos la variancia y la desviación estándar, entre mas grandes sean estas dos mas inestable es el termómetro, observando los resultados obtenidos podemos decir que el termómetro de resistencia de platino es mucho mas estable que el bimetálico, otro punto a favor para el termómetro de resistencia de platino.

Después de todos estos análisis puedo concluir que el mejor termómetro para este experiento es el de resistencia de platino.

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