1er labo de ing. mecanica

7/31/2019 1er Labo de Ing. Mecanica

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

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Qu es La Temperatura?La temperatura es el grado de agitacin molecular de las sustancias que se

manifiesta cuando el material se dilata o comprime ,empricamente se entiende como el

grado de caliente o fro que presenta un cuerpo de acuerdo a un patrn. Segn la teora

molecular la temperatura, como magnitud, mide la energa cintica media de las

molculas de una sustancia.

Segn la fsica estadstica la temperatura se define como sensibilidad de la

energa a los cambios de entropa a volumen constante.

Asignar un valor numrico a una temperatura plantea un problema importante.

La mayora de las magnitudes fsicas suelen ser magnitudes extensivas (a partir delpatrn de la unidad se pueden definir de forma sencilla mltiplos y submltiplos de

ella).

La temperatura, en cambio, pertenece al grupo de las llamadas variables

intensivas (multiplicar o dividir por un nmero el valor de un temperatura no tiene

significado fsico alguno).

Nos encontramos entonces frente al dilema de qu instrumentos utilizar para

medir esta variable de la materia. Existen muchos tipos de termmetros:

de dilatacin de lquido como por ejemplo el famoso termmetro de mercurio de gas de volumen constante que por su precisin se utiliza para graduar otros

termmetros

de resistencia que depende de la variacin de la resistencia a la temperatura termocupla que se basan en fenmeno termoelctrico y cubren el rango de

temperaturas que va desde -200 C a +2000 C.

A continuacin describiremos los instrumentos que usaremos


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Calibrar termmetros de diferentes tipos, teniendo como patrn a uno de ellos.Graficar las curvas de calibracin, de correccin y de error, para analizar la

variacin de las temperaturas de los termmetros calibrados.


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.

TERMMETROS DE COLUMNA LQUIDA

Generalidades:Fue Galileo a comienzos del siglo XVII el precursor del termmetro de columna

de lquido, aunque l utiliz aire como fluido termomtrico. Durante los siguientes 100

aos fueron evolucionando los lquidos de uso, primero agua y despus alcohol. Otro

gran paso en su evolucin se dio al sellarlos y hacerlos independientes de la variacin

de presin atmosfrica. Pero no fue hasta el siglo XVIII cuando Fahrenheit dise y

construy un termmetro utilizando mercurio como fluido termomtrico. A partir de

entonces la concepcin del termmetro de columna de mercurio apenas ha variado,

solamente en la utilizacin de fluidos que permiten alcanzar temperaturas ms altas y en

las precisiones alcanzadas.

Un termmetro de columna de lquido consiste bsicamente en una varilla de

vidrio, hueca en su interior, con un dimetro adecuado a su longitud, cerrada

hermticamente en la parte superior, y con un bulbo en la parte inferior que contiene el

lquido termomtrico. El espacio interno del capilar desde el bulbo hasta el tope superior

puede estar evacuado al vaco o lleno con un gas seco inerte.

La varilla est graduada en valores relativos a una escala de temperatura, y la

indicacin de temperatura viene dada por la posicin del menisco formado por el

lquido en el capilar.

TIPOS DE INMERSINCada tipo de termmetro se fabrica para leer valores correctos a una determinada

profundidad de inmersin, y as se dividen en termmetros de inmersin total, parcial o

completa.

1. Termmetros de Inmersin Total. Este tipo de termmetros estn graduadospor el fabricante para dar lecturas correctas cuando el bulbo y la parte de varilla que

contiene el lquido termomtrico estn totalmente inmersas en el medio isotermo.

Pese a su nombre, no es recomendable que est inmerso el segmento de la varillapor encima del menisco. El calentamiento de esta parte a altas temperaturas dara

lugar a un aumento excesivo de la presin del gas, produciendo lecturas errneas y

en ocasiones daos permanentes en el bulbo.

2. Termmetros de Inmersin Parcial. En muchas circunstancias el uso determmetros de inmersin total es difcil o imposible. Por ello se utilizan

termmetros cuya escala est diseada para dar lecturas correctas cuando se hallan

sumergidos a una profundidad especfica. No es necesario realizar ningn tipo de

correccin por columna emergente cuando se usan en las condiciones especificadas.

3. Termmetros de Inmersin Completa. Un tercer tipo, y tambin el menoscomn, corresponde a aquellos termmetros que estn diseados para dar lecturas

correctas cuando todo l est inmerso en el medio termomtrico. La precisin de


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estos termmetros es inferior a la de los otros dos tipos, debido entre otros al hecho

de no poder visualizar bien el menisco.

Termmetros de inmersin parcial, total y completa (de izquierda a derecha)

TERMMETRO DE VIDRIOEste se construye para inmersin total o parcial.

Termmetro de bulbo o capilar metlico.Los termmetros tipo bulbo consisten esencialmente en un bulbo conectado por

un capilar a una espiral. Cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o el lquido en

el bulbo se expanden y el espiral tiende a desenrollarse moviendo la aguja sobre la

escala para indicar la elevacin de la temperatura en el bulbo.

Existen cuatro clases:

1. Termmetros actuados por lquidos.2. Termmetros actuados por vapor.3.

Termmetros actuados por gas.4. Termmetros actuados por mercurio.

Medidores tipo bimetlicos.El elemento sensor est conformado por la unin de dos metales diferentes y

por consiguiente cada uno tiene un coeficiente de dilatacin por efectos de temperatura

diferente de tal manera que las diferencias en unos son compensados en el otro; la unin

de stos dos materiales puede ser en toda su longitud o solamente por uno de sus

extremos.

Cuando la unin se hace en toda su longitud el elemento as conformado se

enrosca en forma de resorte, uno de sus extremos va soldado a la cubierta que lo protegey el otro va unido por medio de un eslabn a una pluma o puntero que se energiza sobre


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TERMMETROSBimetlicos

Angulo variable - AA575 RTEL TRU - Series AA - BCGT

* Clase 1 * Rangos desde -100 hasta 550 C.

* Dimetros de 3, 4 y 5''.

* Construccin en AISI 304, IP65

Conexin inferior BC350R

TEL TRU - Series AA - BCGT

* Partes en contacto con el fluido en AISI 316.

* Conexin roscada fija o deslizable.

* Ajuste de cero.


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Conexin posterior - GT300

TEL TRU - Series AA - BCGT

* Diseo de cuadrante para evitar errores deparalaje.

* Sensor bimetlico inmerso en silicona para

amortiguacin y mejor velocidad de

respuesta.

Medicin en superficie

TEL-TRU - Series DM - TB - SH - CS

* Rangos desde -70 a 70 C hasta 100 a 400 C.

* Fijacin magntica, con prisioneros o con

abrazaderas.

* Precisin 2% de la escala.

* Dimetro 2''.

TERMOCUPLA

Una termocupla es un sensor para medir temperatura. Consiste en dos cables de metales

distintos, conectados en un extremo donde se produce un pequeo voltaje asociado a una

temperatura. Ese voltaje es medido por un termmetro de termocupla.

Las mediciones de temperatura que utilizan termocuplas o termopares se basan en el

descubrimiento hecho por Seebeck en 1821. Este se puede resumir de la siguiente manera: una

corriente fluye en un circuito continuo de dos alambres de distintos metales, si las conexiones o

uniones se encuentran a temperaturas distintas. La corriente ser proporcional a la diferencia de

temperatura entre las dos uniones.


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Caractersticas de las TermocuplasDistintos tipos de termocuplas: J, K, T, E.

Existen distintas combinaciones de metales o calibraciones respectivas. Los

cuatro tipos ms tpicos son J, K, T y E. Cada calibracin tiene distinto rango de

temperatura y ambiente, aunque la temperatura mxima vara con el dimetro del cable

usado en la termocupla.

Ya que las termocuplas pueden medir amplios rangos de temperatura y son bastante

resistentes, son muy usadas en la industria. Los siguientes criterios pueden ser tiles

para definir los tipos de termocupla a utilizar:

rango de temperatura que se desea cubrir. resistencia qumica de la termocupla. resistencia a vibraciones. requerimientos de instalacin (compatibilidad con equipamiento existente).

Las calibraciones ms comunes son las siguientes:

Hierro-Constantan (J). rango: - 250 a + 1000C. mxima medida en mV: 51,9 a900C.

Chromel-Alumel (K). rango: + 500 a + 1250C. mxima medida en mV: 32,4 a800C.

Cobre-Constantan (T). rango: - 250 a + 600C. mxima medida en mV: 33,6 a600C.

Cromel-Constantan (E). rango: + 300 a 1000C. mxima medida en mV: 300 a1000C.


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A continuacin se representan curvas de relacin entre F.E.M vs. temperatura de las

termocuplas ms usuales:

Cada tipo de termocupla exige un tipo de cable de compensacin, y es necesariorespetar su polaridad para no anular el efecto de la termocupla.

Fabricantes

Termocuplas industriales

Termocuplas para altas temperaturas


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Los termmetros y los aparatos utilizados en el ensayo de laboratorio fueron los

siguientes:

Dos termmetros de bulbo con mercurio de inmersin total.

Un termmetro de bulbo con mercurio de inmersin parcial.

Un termmetro del tipo bimetlico.

Una termocupla utilizando el mtodo del potencimetro.

Tanque aislado de bao para la calibracin de termmetros, que consta de un

agitador para mantener la temperatura del aceite uniforme.


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PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO

1. Se coloca los termmetros en el aceite en forma correspondiente tanto los deinmersin total como los de inmersin parcial.

2. Con el termostato graduamos la temperatura a la cual llegar el sistema (seproduce un aumento de temperatura).

3. Encendemos el calibrador. El calibrador tiene 3 velocidades de calentamientoescogemos la ms rpida.

4. Esperamos a que el sistema llegue a su temperatura mxima determinada estoqueda establecido por lo ya marcado en el termostato (cuando la luz amarilla se

apaga).

5. Luego medimos la temperatura del ambiente donde estn inmersos lostermmetros.6. Procedemos a tomar las lecturas de los termmetros:

termmetro patrn. termmetro de bulbo de inmersin total 2. termmetro de bulbo de inmersin parcial. termmetro bimetlico. termmetro termocupla.

7. Con ello obtendremos un punto que nos servir para construir nuestras grficas.


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8. Luego procedemos a buscar otro punto para las graficas con un aumento detemperatura del sistema lo cual se logra graduando nuevamente el termostato.

9.

Repetimos los pasos 4, 5 y 6 hasta obtener suficientes puntos para construirnuestras curvas de calibracin.

10. Finalmente se procede a construir las grficas en funcin a los datos realesobtenidos en el instrumento patrn.


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DATOS EXPERIMENTALES

Tamb = 17 C (Medido con la Termocupla).Observacin: Cabe resaltar que la Termocupla es de la Marca Keithley y es de Ni Cr Ni Al

Condiciones Ambientales:Presin Baromtrica: 754 mmHg. T.B.S: 73.4 F 23 C.

Humedad Relativa: 75 %. T.B.H: 64 F

17.76 C.

Con estos datos experimentales y utilizando el mtodo de los mnimos cuadradosobtenemos las siguientes grficas para cada termmetro:

Nmerode

Medicin

Termocupla(Patrn) Bimetlico

Bulbo deInmersin

Parcial

Bulbo deInmersin

Total 2

TemperaturaAmbiental

C C C C C

1 25 16 22 24 272 30 18 26 25 283 35 23 30,5 31 284 40 33 39 39 31

5 45 37 44,5 44 336 50 41 48 48 35

7 55 46 54,5 53 39

8 60 50 56 56 42

9 65 60 66 65 48

10 70 63 69 68 50

11 75 68 73 71 52

12 80 73 79 76 56

13 85 78 83 81 60

1490 83 88 85 63


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TERMMETRO BIMETLICO

010

20

30

40

50

60

70

80

90

0 20 40 60 80 100

TermmetroBimetlico(C)

Temperatura Patrn (C)

Curva de Calibracion

0

2

4

6

8

10

12

14

0 20 40 60 80 100

ValordeCorrecin

Valor Medido (C)

Curva de correcion


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TERMMETRO DE INMERSIN PARCIAL

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Valordeerror

Valor medio(C)

Curva de error

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100

TermmetroInmersinP

arcial(C)


Curva de Calibracion


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17

-2

-1

0

1

2

3

4

5

0 20 40 60 80 100ValordeCoreccin

Valor Medido (C)

Curva de correcion

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Valordeerror

Valor medio(C)

Curva de error


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TERMMETRO DE INMERSIN TOTAL

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 20 40 60 80 100Te

rmmetroInmersinTotal(C)


Curva de calibracion

0

1

2

3

4

5

6

0 20 40 60 80 100

ValordeCorecc

in

Valor Medido (C)

Curva de correcion


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19

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0 2 4 6 8 10 12 14 16

ValordeCoreccin

Valor Medido (C)

Curva de error


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OBSERVACIONES, RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES

1. Se recomienda que una vez el sistema haya alcanzado su temperatura mxima seproceda a tomar las lecturas, tratando de no demorarse demasiado en las lecturas,para as evitar el enfriamiento del sistema. Cabe resaltar adems que, para obtener

una medida ms precisa en nuestros clculos, no todos los instrumentos tienen el

mismo tiempo de respuesta, por eso es que no debe acelerarse mucho la toma de

medidas al inicio del ensayo, sino que debemos esperar un minuto

aproximadamente antes de tomar las medidas.

2. Para el caso de la termocupla en caso no se encontrara en tablas, el valor detemperatura correspondiente, se puede interpolar entre 2 valores cercanos al

obtenido en el experimento. Cabe resaltar, que el uso de las tablas para la

termocupla, es para hacer la conversin respectiva, ya que el valor entregado por

dicho instrumento, tiene como unidades los milivoltios (mV).

3. Tal como se observa en las graficas, anteriormente expuestas, el comportamientode las curvas es aproximadamente lineal. De las mismas se concluye que el

Termmetro Bimetlico es el que ms se aproxima al comportamiento del

Termmetro de inmersin Total 1 (Patrn) y por lo tanto es la ms aproximada.

4. Tericamente el comportamiento de las curvas debera ser exactamente lineal,pero es posible que nos hayamos tardado en medir las temperaturas del

experimento, en consecuencia estos se enfran y tomamos temperaturas errneas.

Adems la descalibracin de estos, hacen que arrojen datos equivocados acerca de

las temperaturas medidas, uno de los motivos de esto puede ser el tiempo de

antigedad del instrumento.

5. Como se sabe es difcil obtener instrumentos de medicin que nos arrojeresultados exactos, por eso es necesario ajustar los puntos obtenidos a la curva

requerida.

6. Para la calibracin de los instrumentos nuestra referencia es el termmetro patrnel cual nos arroja una temperatura considerada la real. En nuestro caso el Patrnfue la termocupla y es al que consideramos ms exacto y arrojarnos un valor con

menor incertidumbre que los otros instrumentos usado.

7. Al momento de tomar las medidas y teniendo en cuenta que son varios losintegrantes del grupo, recomienda que cada una de las persona tome un

instrumento y anote las medidas, para as tener estar sincronizados en las medidas.

8. Como en la experiencia realizada se tomo de patrn a la termocupla antes detomar cualquier medida debemos darnos cuenta que la temperatura en dicho

instrumento no vari con el tiempo. Es decir que dicho valor se estabilice y que no

est variando.


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Aplicaciones:

Termmetro de lquido o de vidrio: Estos termmetros encerrado en vidrio son,

ciertamente, los ms familiares, pueden usarse dos tipos de sustancias con la cual

trabajar el termmetro; el de mercurio se emplea mucho para tomar la temperatura de

las personas, y, para medir la de interiores, pueden funcionar en la gama que va

de39C(punto descongelacin del mercurio) a357C (su punto de ebullicin), con la

ventaja de ser porttiles y permitir una lectura directa. No son, desde luego, muy

precisos para fines cientficos y los de alcohol coloreado tambin porttil, pero todava

menos preciso; sin embargo, presta servicios cuando ms que nada importa su cmodo

empleo. Tiene la ventaja de registrar temperaturas desde112C (punto de congelacin

del etanol, el alcohol empleado en l) hasta78C (su punto de ebullicin), cubriendo por

lo tanto toda la gama de temperaturas que hayamos normalmente en nuestro entorno

Termmetro clnico: Sirve para determinar la temperatura del cuerpo humano. Es unTermmetro de mxima, graduado de35a42. Para evitar el descenso de la columna

ter-momtrica al ponerlo en contacto con el medio ambiente, lleva un estrangulamiento

en la unin del depsito de mercurio y el tubo capilar. Al contraerse el mercurio la

columna termomtrica se rompe por la estrangulacin, indicando el nivel superior del

mercurio. Para unir las dos porciones se dan al termmetro unas bruscas sacudidas

ponindolas a punto para funcionar de nuevo.

Termmetro de mxima y mnima: Este termmetro marca la temperatura mxima yMnima de un lapso de tiempo, sus aplicaciones ms importantes es en la meteorologa.

Es un tubo en U, de vidrio, provisto de dos

ensanchamientos en sus extremos, los cuales

contienen alcohol; uno de ellos(A) lleno

completamente y el otro (B) slo parte. El tubo

contiene mercurio en su parte media (figura maxmin).

Sumergidos en el alcohol, y en las dos ramas, hay

dos ndices metlicos que rozan las paredes lo

suficiente para que el alcohol pase a travs de ellos,

pero no el mercurio, por su mayor tensin,

superficie y densidad. La posicin ms alta que

adquiere el extremo inferior del ndice de la rama

D, posicin en la cual se estabiliza, indica la

temperatura mxima. La posicin ms alta del

ndice C indica la mnima.


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Termmetro de globo: Se utiliza para medir la

temperatura radiante. Consiste en un

Termmetro de mercurio que tiene el bulbo

dentro de una esfera de metal hueca, pintada denegro de humo. La esfera absorbe radiacin de

los objetos del entorno ms calientes que el aire y

emite radiacin hacia los ms fros, dando como

resultado una medicin que tiene en cuenta la

radiacin. Se utiliza para comprobar las

condiciones de comodidad de las personas

Termmetro de bulbo hmedo: Se utiliza para medir el influjo de la humedad en lasensacin trmica. Junto con un termmetro ordinario forma un psicrmetro, que sirve

para medir humedad relativa, tensin de vapor y punto de roco. Se llama de bulbo

hmedo porque de su bulbo o depsito parte una muselina de algodn que lo comunica

con un depsito de agua. Este depsito se coloca al lado y ms bajo que el bulbo, de

forma que por capilaridad est continuamente mojado


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Hoja de datos:


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BIBLIOGRAFA:

LABORATORIO DEL INGENIERO MECANICOAutor: Saymour Doolittle

GUIA DE LABORATORIO DE INGENIERA MECNICA

Mechanical Engineering Laboratory, J. Benton Jones - 2001

Turner J. and Hill M. Instrumentation for Engineers and Scientists. Oxford(1999).

Benyon R., De Lucas J., Esteban P.: Curso Bsico de Medida de Temperatura(1994)

Practical Temperature Measurements, Application Note 290. Hewlett Packard. Measuring Temperature with Thermocouples- a Tutoria, Application Note 043

National Instruments.

Gua para la expresin de la incertidumbre de medida. (Versin espaola editadapor el CEM de Junio de 1998)

1er labo de ing. mecanica

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