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• ERICK ARMANDO ALEGRIA ACEVEDO

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“AÑO DE LA LUCHA CONTRA LA CORRUPCIÓN Y LA IMPUNIDAD”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

LABORATORIO IV : MEDICIONES DE TEMPERATURA CURSO

Laboratorio de Ingeniería Mecánica PROFESOR

Páez Apolinario, Eliseo INTEGRANTES -

Alegría Acevedo Erick Armando

20170208F

-

Espinoza Conislla Juan Carlos

20164521H

- Flores Espinoza Josué Eleazar

20170267B

-

Flores Joaquín Jhonatan Roberto

20162092B

-

La Madrid Villaverde Ricardo

20151178H

-

Valdivia Félix Thania Carol

20187508H

2019-II

ÍNDICE CAPÍTULO I …………………………………………………………….

3

INTRODUCCIÓN………………………………………………………………3 OBJETIVOS…………………………………………………………………… 4 FUNDAMENTO TEÓRICO……………………………………………………5

CAPÍTULO II…………………………………………………………... 11 EQUIPO Y MATERIALES …………………………………………………. 11 PROCEDIMIENTO……………………………………………………………13 CÁLCULOS, TABLAS Y GRÁFICOS……………………………………… 15

CAPÍTULO III…………………………………………………………. 20 CONCLUSIONES……………………………………………………………. 20 OBSERVACIONES…………………………………………………… ……. 20 RECOMENDACIONES……………………………………………………. 20 BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………... 21

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CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN En el presente informe veremos cómo se calibran los termómetros y analizaremos las curvas de calibración, de corrección y de error. La calibración será de acuerdo con las medidas del termómetro de inmersión total (sumergidos), que será tomado como patrón, y los otros termómetros serán los que debemos de calibrar. La corrección será la diferencia entre la temperatura del patrón y la temperatura del instrumento de calibración, lo contrario es el resultado del error, al final se harán las respectivas curvas; la toma de datos se hará en un "tanque" lleno de aceite y siguiendo un procedimiento adecuado para así no someterse a las faltas de lecturas por parte del operario.

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OBJETIVOS - Calibrar termómetros de diferentes tipos teniendo como patrón a uno de ellos, y graficar las curvas de calibración, de corrección y de error, para analizar la variación de las temperaturas de los termómetros calibrados. - Conocer el adecuado funcionamiento de una termocupla e identificar las partes que lo componen. - Aprender sobre los instrumentos de medida de temperatura y entender cómo es que su lectura cambia en los diferentes termómetros. - Contrastar las ventajas y desventajas de uno de los termómetros.

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FUNDAMENTO TEÓRICO 1. TEMPERATURA El concepto de temperatura es muy difícil de establecer pues esta se asocia muchas veces al calor. La definición más precisa vendría a ser que la temperatura es una medida de la energía interna de un cuerpo. Desde el punto de vista termodinámico, la temperatura es una propiedad de los sistemas que determina si están en equilibrio térmico. El concepto de temperatura se deriva de la idea de medir el calor o frialdad relativos y de la observación de que el suministro de calor a un cuerpo conlleva un aumento de su temperatura mientras no se produzca la fusión o ebullición. En el caso de dos cuerpos con temperaturas diferentes, el calor fluye del más caliente al más frío hasta que sus temperaturas sean idénticas y se alcance el equilibrio térmico (véase Transferencia de calor). Por tanto, los términos de temperatura y calor, aunque relacionados entre sí, se refieren a conceptos diferentes: la temperatura es una propiedad de un cuerpo y el calor es un flujo de energía entre dos cuerpos a diferentes temperaturas. 2. ESCALAS DE TEMPERATURA Las escalas para medir temperatura de dividen en escalas relativas y absolutas. a) Escalas Relativas Son las que toman como punto de referencia algún determinado fenómeno. - Temperatura Celsius (°C): Toma 100 divisiones entre los puntos de congelación (0) y evaporación (100) del agua. Es la más usada en información e investigación científica y meteorología. - Temperatura Fahrenheit (°F): Toma divisiones entre los puntos de congelación y evaporación de disoluciones de cloruro amónico. Es una unidad típicamente usada en los países anglosajones. 9 Relación entre las escalas Celsius y Fahrenheit: TF  TC  32 5 b) Escalas Absolutas

Son las que toman como referencia el cero absoluto (temperatura a la cual las moléculas no tendrían energía cinética). - Temperatura Kelvin (K°): Es la escala absoluta que trabaja con grados Celsius. P á g i n a 5 | 22

Relación entre las escalas Kelvin y Celsius: TK  TC  273.15 - Temperatura Rankine (F°). Es la escala absoluta que trabaja con grados Fahrenheit. 3. EFECTO EN LA COMODIDAD O LA SENSACIÓN TÉRMICA La temperatura adecuada para estar cómodos es un poco compleja de medir, ya que el calor recibido no sólo puede venir del aire que nos rodea, sino también de la radiación de objetos como las paredes o un sofá al que le ha dado el sol. Para tener una idea más aproximada de la sensación se puede tomar la temperatura de varias formas. 

Temperatura Seca Se llama Temperatura seca del aire de un entorno a la del aire prescindiendo de la radiación calorífica de los objetos que rodean ese ambiente, de los efectos de la humedad relativa y de la velocidad del aire. Para la medición de esta temperatura se emplea el termómetro de mercurio cuyo bulbo, reflectante y de color blanco brillante, se supone razona no absorbe la radiación.



Temperatura Radiante La temperatura radiante tiene en cuenta el calor emitido por radiación de los elementos del entorno. Se mide con un termómetro de bulbo, que tiene el depósito de mercurio encerrado en una esfera o bulbo metálico de color negro, para asemejarlo lo más posible a un cuerpo negro y absorba la máxima radiación. Para anular en lo posible el efecto de la temperatura del aire, el bulbo negro se aísla mediante otro bulbo en el que se ha hecho al vacío. Las medidas se pueden tomar bajo el sol o a la sombra. En el primer caso tendrá en cuenta la radiación solar y dará una temperatura bastante más elevada. La temperatura de bulbo negro hace una función parecida, dando la combinación de la temperatura radiante y la ambiental.



Temperatura Húmeda Temperatura de bulbo húmedo es la temperatura que da un termómetro a la sombra con el bulbo envuelto en una mecha de algodón húmedo bajo una corriente de aire. La corriente de aire se produce mediante un pequeño ventilador o poniendo el termómetro en un molinete y haciéndolo girar. Al evaporarse el agua, absorbe calor, rebajando la temperatura, efecto que reflejará el termómetro. Cuanto menor sea la humedad relativa ambiente, más rápidamente se P á g i n a 6 | 22

evapora el agua que empapa el paño. Se utiliza para dar una idea de la sensación térmica o en los psicrómetros para calcular la humedad relativa. 4. MEDICION DE TEMPERATURA 4.1.

TERMÓMETROS

Un termómetro simplemente es un instrumento que sirve para medir la temperatura de manera indirecta. Es decir, los termómetros miden alguna propiedad de la sustancia que dependa de la temperatura y a partir de ahí se halla una relación directa. 4.2.

TIPOS DE TERMÓMETROS

a) Termómetro de líquido en vidrio Su operación está basada en la expansión del líquido con el incremento de la temperatura; esto es, el líquido actúa como un transductor, convierte la energía termal en una forma mecánica. Con el incremento de la temperatura, el líquido y el vidrio del termómetro se expanden con diferente coeficiente de expansión, causando que el líquido avance por el tubo capilar. Tipos: - Termómetro de inmersión parcial Diseñado para indicar la temperatura correctamente cuando el bulbo y una porción específica de la columna están inmersos en el medio a la temperatura que va a ser medida. - Termómetro de inmersión total Está diseñado para indicar la temperatura correctamente cuando el bulbo y toda la columna del líquido (unos cuantos milímetros por arriba del nivel del líquido) están inmersos en el medio a la temperatura que va a ser medida. - Termómetro de inmersión completa Está diseñado para indicar la temperatura correctamente cuando todo el termómetro, incluyendo la cámara de expansión están expuestos en el medio a la temperatura que va a ser medida.

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Figura 1. Tipos de termómetro de líquido en vidrio b) Termómetros bimetálicos Están constituidos por un tubo en cuyo interior está colocada una espiral helicoidal bimetálica. Dicha espiral está soldada por un extremo a la parte inferior del tubo y por otra a una varilla de transmisión, a su vez conectada a una aguja indicadora. Los termómetros bimetálicos usan la diferencia de coeficiente de expansión térmica de metales disímiles para poder determinar cuál es el cambio de temperatura. Éste se proporciona mediante un movimiento mecánico, o sea, por el giro de una aguja sobre una escala graduada.

Figura 2. Termómetro bimetálico.

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c) Termocupla Es un transductor que se forma al unir dos metales distintos para que así se produzca una diferencia de potencial que es pequeña (de acuerdo con el orden de los milivoltios), lo que es función de la diferencia de la temperatura entre uno de sus extremos que se denomina punto caliente y el otro llamado punto frío. Tipos:   

Tipo K: La unión está dada por cromel y alumel. Traduce temperaturas entre –200 y +1372 °C Tipo J: Unión entre hierro y constantán. Rango de temperatura entre –270 y +1200 °C Tipo T: Unión entre cobre y constantán. Rango de temperatura entre -200 y 260 °C

Figura 3. Termómetro bimetálico. d) Termómetros de 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 resistencia eléctrica en una variación de temperatura. El termómetro de resistencia se utiliza para medir una temperatura entre los 200°C y los 3568°C. El termómetro de resistencia funciona en un intervalo 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.

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Figura 4. Termómetro de resistencia. e) Pirómetros de radiación Instrumento utilizado para medir, por medios eléctricos, elevadas temperaturas por encima del alcance de los termómetros de mercurio. Este término abarca a los pirómetros ópticos, de radiación, de resistencia y termoeléctricos. Los pirómetros de radiación se fundan en la ley de Stefan - Boltzman y se destinan a medir elevadas temperaturas, por encima de 1600 °C mientras que los pirómetros ópticos se fundan en la ley de distribución de la radiación térmica de Wien y con ellos se han definido puntos por encima de 1063 °C en la Escala Internacional de Temperaturas.

Figura 5. Pirómetro de radiación.

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CAPÍTULO II EQUIPOS Y MATERIALES  Termocupla

Figura 6. Termocupla.

 Bimetálico

Figura 7. Bimetálico.

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 Termómetros: - 2 termómetros sumergidos - 1 termómetro semisumergido

Figura 8. Termómetros.  Equipos para calibración de temperatura

Figura 9. Equipo para el aceite.

Figura 10. Equipo con controlador para el agua.

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PROCEDIMIENTO ● EXPERIENCIA N°1: CALIBRACIÓN DE TEMPERATURA EN ACEITE  Se instala y se prueba la termocupla, luego se enciende el tanque aislado de calibración de bajas temperaturas de termómetros.  Posteriormente se introduce los termómetros a calibrar, el bimetálico, y el termómetro patrón simultáneamente.  Los dos termómetros de inmersión total se sumergen hasta la marca en que se encuentra su mayor temperatura, y el termómetro de inmersión parcial hasta una marca que posee en su tubo de vidrio.  Se procede a tomar las lecturas del termómetro patrón cada 5ºC a partir de la temperatura de 25ºC hasta 75ºC, tomando apunte de todas las lecturas de todos los termómetros a calibrar.  Al finalizar las lecturas se procede a sacar los termómetros, desactivar el tanque aislado

de calibración de bajas temperaturas y la desconexión de la termocupla. ● EXPERIENCIA N°2: CALIBRACIÓN DE TEMPERATURA EN AGUA  Usamos un equipo para temperaturas bajo refrigeración, para bajar la temperatura se usa un refrigerante y para aumentarla una resistencia eléctrica.  Colocamos el agua a un nivel adecuado, en el controlador del equipo colocar la temperatura deseada, el primer número de la pantalla indica la temperatura real en el interior y el segundo indica la temperatura colocada por el operador.  Posteriormente se introduce la termocupla, los termómetros a calibrar, el bimetálico, y el termómetro patrón simultáneamente.  Se procede a tomar las lecturas indicando al equipo las temperaturas deseadas del termómetro patrón cada 5 °C a partir de la temperatura de 20°C hasta 65°C tomando apunte de todas las lecturas de todos los demás termómetros y bimetálico.  Al finalizar se procede a retirar los termómetros, la termocupla, sacar el bimetálico y apagar el equipo.

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CÁLCULOS, TABLAS Y GRÁFICOS EXPERIENCIA N°1: CALIBRACIÓN DE TEMPERATURA EN ACEITE

Con los datos experimentales completamos la siguiente tabla de temperaturas: 𝑻𝑬𝑴𝑷𝑬𝑹𝑨𝑻𝑼𝑹𝑨 (°𝑪) PUNTO

TC

BM

TA

TB

TG

1

24.3

18

24

23.5

25

2

30

29

38

30

37.5

3

35

34

43

40.5

41.5

4

40

39

47

45.2

47.5

5

45

43

53

49.5

51

6

50

49

58

55

56

7

55

54

62

59

60.2

8

60

57

65

62.5

64

9

65

61

69.5

69

68.5

10

70

66

73

73.5

72.5

11

73

70

74

77

76

Donde: TC (°C) : Temperatura medido con la Termocupla BM (°C): Temperatura medido con el Bimetálico TA (°C) : Temperatura medido con el termómetro amarillo (sumergido) TB (°C) : Temperatura medido con el termómetro blanco (sumergido) TG (°C) : Temperatura medido con el termómetro enganchado (semisumergido)

Además, obtuvimos los datos a condiciones ambientales: TAMBIENTE: 17 °C Presión barométrica: 756 mmHg

TBS: 72.6 F = 22.56 °C

Humedad relativa: 80%

TBH: 62.1 F = 16.72 °C

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Con los datos experimentales de cada termómetro realizamos las siguientes gráficas:

CURVA DE CALIBRACIÓN Temperatura del Bimetálico (°C)

80 70 y = 0.9874x - 1.8565 60 50 40 30 20

10 0 0

10

20

30 40 50 60 Temperatura de la Termocupla (°C)

70

80

70

80

Temp. de la Termometro Amarillo -TA (°C)

CURVA DE CALIBRACIÓN 90 80

y = 0.9508x + 7.8292

70 60 50

40 30 20 10 0 0

10

20

30

40

50

60

Temperatura de la Termocupla (°C)

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Temp. del Termómetro Blanco - TB (°C)

CURVA DE CALIBRACIÓN 90 80 y = 1.052x + 0.8142

70 60 50 40 30 20 10 0 0

10

20 30 40 50 60 Temperatura de la Termocupla (°C)

70

80

Temp. del Termómetro Semisumergido TG (°C)

CURVA DE CALIBRACIÓN 90 80

y = 0.9553x + 6.9865

70 60 50 40 30 20 10 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

Temperatura de la Termocupla (°C)

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EXPERIENCIA N°2: CALIBRACIÓN DE TEMPERATURA EN AGUA

Con los datos experimentales completamos la siguiente tabla de temperaturas: 𝑻𝑬𝑴𝑷𝑬𝑹𝑨𝑻𝑼𝑹𝑨 (°𝑪) PUNTO TMAQUINA

TC

BM

TS1

TS2

Tsemis.

1

20

19.8

14

20

19

20.5

2

25

24.8

19

24.9

23.5

24

3

30

29.9

24.5

29.5

29

30.5

4

35

35.5

30

34.5

34

37

5

40

40.6

35

39.5

39

42

6

45

45.8

40

44.1

44.8

47

7

50

50.8

45

49.2

49.5

52.5

8

55

55.9

50

54.5

54

57.4

9

60

61

55

59.3

59

62

10

65

65.9

60

66

65

68.5

Donde: TC (°C) : Temperatura medido con la Termocupla BM (°C): Temperatura medido con el Bimetálico TS1 (°C) : Temperatura medido con el termómetro sumergido 1 TS2 (°C) : Temperatura medido con el termómetro sumergido 2 TG (°C) : Temperatura medido con el termómetro semisumergido Con los datos experimentales de cada termómetro realizamos las siguientes gráficas:

Temperatura de la Termocupla (°C)

CURVA DE CALIBRACIÓN 70

y = 1.0296x - 0.757

60 50 40 30 20 10 0 0

10

20

30

40

50

60

70

Temperatura de la Máquina (°C)

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Temperatura del Bimetálico (°C)

CURVA DE CALIBRACIÓN 70 60

y = 1.0224x - 6.203

50 40

30 20 10 0

0

10

20

30

40

50

60

70

Temperatura de la Máquina (°C)

Temp. del Termómetro sumergido 1 (°C)

CURVA DE CALIBRACIÓN 70 y = 1.0042x - 0.5303

60 50 40 30 20 10 0 0

10

20

30

40

50

60

70

60

70

Temperatura de la Máquina (°C)

Temp. del Termómetro sumergido 2 (°C)

CURVA DE CALIBRACIÓN 70 y = 1.0179x - 1.5824

60 50 40

30 20 10

0 0

10

20

30

40

50

Temperatura de la Máquina (°C)

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CURVA DE CALIBRACIÓN Temp. del Termómetro semisumergido (°C)

80 70

y = 1.0715x - 1.3994

60 50 40 30 20 10 0 0

10

20

30

40

50

60

70

Temperatura de la Máquina (°C)

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CAPÍTULO III CONCLUSIONES Comparación de las medidas de un mismo caudal mediante los métodos - El Tubo de Venturi es un dispositivo que por medio de cambios de presiones puede crear condiciones adecuadas para la realización de actividades que nos mejoren el trabajo diario, como lo son sus aplicaciones tecnológicas. - Se concluye que mediante mayor sea el volumen de agua mayor será la velocidad del caudal. - Las pérdidas que ocurren en el proceso de la realización de la experiencia generan una variación en los cálculos apenas apreciable. - El caudal y la altura, en mmHg, están directamente proporcionados según lo conseguido en la experiencia.

OBSERVACIONES - Observando los resultados obtenidos se verifica el teorema de Bernoulli y el teorema de la conservación del caudal para flujos incomprensibles. - Se observa que la medición mediante Vertedero es más preciso que la medición mediante Caída Libre ya que el área de salida del chorro de agua no era muy uniforme, además la altura del nivel del agua no era muy estable. - Se observo que el área transversal del ducto de ventilación no era completamente uniforme, por lo que no se tuvo que tomar las longitudes medias. - Al medir la velocidad en cualquier otro lado que no sea el centro de la salida genera velocidades menores.

RECOMENDACIONES - Para poder realizar la experiencia del vertedero, procurar tener un vertedero de reducidas dimensiones, para que llenado del recipiente a utilizar sea medible. - Al momento de usar una altura en el vertedero, buscar que sea una altura estable para que el resultado sea lo más preciso posible. - Cuando se tome la medición de la velocidad del viento evitar colocarse atrás del aparato y que este lo más centrado posible. P á g i n a 7 | 22

- Cuando se realice el ensayo de Reynold, es recomendable tener un exceso como para cuando se cierre la válvula se pueda tomar el tiempo cuando este ya allá pasado la línea determinada anteriormente. - Mantener la probeta lo más vertical posible como para que la viste no lo engañe. - Al momento de utilizar el tubo de Pitot tener cuidado que las mangueras conectadas a este no estén obstruidas lo cual si no se revisa generaría lecturas erróneas en las mediciones de presiones.

BIBLIOGRAFÍA - El calor y la temperatura. (2011). Recuperado de: https://si-educa.net/ficha94.html - Temperatura. (s.f.)Recuperado de: https://www.quimica.es/enciclopedia/Temperatu ra.html - “Como funciona una termocupla”. (s.f.). Recuperado de: https://comofunciona.co.com/una -termocupla/ - Termómetros líquidos en vidrio. (s.f.). Recuperado de: http://www.metas.com.mx/guiametas/La-Guia-MetAs-08-09-termometros-liquido-envidrio - Termómetros bimetálicos. (s.f.). Recuperado de: https://www.quiminet.com/articulos/los-termometros-bimetalicos-y-su-modo-defuncionamiento-3516632.htm

-

Seymour, J., (1962). El laboratorio del ingeniero mecánico. Buenos Aires, Argentina: Editorial Hispana Americana S.A.

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