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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE TERMODINAMICA 1

PRÁCTICA 1

ESCALAS DE TEMPERATURA

Autor: Ramos Churta Jonathan Gabriel

Ing. Borroto Alvarez Reynerio

Ayudante: Dayanna Arcos

2018-05-09

RESUMEN

Determinación de los diferentes tipos de escalas de temperatura mediante la toma de datos por medio de diferentes tipos de termómetros para determinar así cual es el que presenta mayor grado de precisión y exactitud; por lo cual se procedió a tomar valores de temperatura del agua en calentamiento a baño térmico, en ebullición y congelación con el uso de diferentes termómetros, mediante estos procedimientos se logró analizar la diferencia que existe entre las escalas absolutas y relativas de temperatura. Se concluye que los valores medidos varían según el equipo que se utiliza en este caso los diferentes termómetros.

PALABRAS CLAVE: ESCALAS/TEMPERATURA/TERMÓMETROS/BAÑO_TÉRMICO/CALIBRACIÓN_TERMICA/

PRÁCTICA 1 ESCALAS DE TEMPERATURA

1. OBJETIVO 1.1 Realizar la calibración de las temperaturas del medidor del baño térmico 1.2 Conocer los tipos de escalas de escalas absolutas y relativas de temperatura

2. PARTE EXPERIMENTAL 2.1 Material y equipos  Baño térmico  Termómetro de vidrio  Termómetro electrónico  Termómetro metálico

C= (110) ºC C= (120) ºC C= (110) ºC

A± 1 ºC A± 0.01 ºC A± 2 ºC

2.2 Sustancias y reactivos  Agua

(H2O)

2.3 Procedimiento PRIMERA PARTE: Calibración de termómetros  Llenamos el baño térmico con una cierta cantidad agua potable, prendimo el baño térmico y esperamos 5 min.  Tomamos la temperatura con el medidor electrónico del baño térmico, y las mediciones de temperatura con el termómetro electrónico, termómetro de vidrio y termómetro metálico, Registramos los datos.  Volvimos a realizar las mediciones por cada 5 min, por un tiempo acumulado de 1 hora. Registramos los datos en la tabla.

SEGUNDA PARTE: Determinación de escalas

 Medimos la temperatura del hielo con los termómetros.  Calentamos agua (aprox 100 ml) y determinamos el punto de ebullición con los diferentes termómetros.

3. DATOS 3.1 Datos experimentales Tabla 1: Datos de temperatura en función del tiempo del baño térmico Tiempo (min)

N

1 2 3 4 5 6

Temperatura 1

Temperatura 2 TERMOMETRO CONTROLADOR DE REFERENCIA

Temperatura 3 Temperatura 4 Termómetro de Termómetro de metal Hg

60 17 0 65 19.3 5 68 26.5 10 71 26.6 15 72 27.3 20 73 28.8 25 Fuente: UCE. Laboratorio de Termodinámica I.

24 26 32 36 39 40

23 23 32 33 37 39

Tabla 2. Datos de temperatura para determinación de escalas Temperatura 1 Temperatura 2 Experimento

Temperatura 3

TERMOMETRO DE REFERENCIA

Termómetro de metal

Termómetro de Hg

-0.1

0.1

0.2

85,7

83

89

Punto de Congelamiento de agua Punto de Ebullición del agua

Fuente: UCE. Laboratorio de Termodinámica I.

4.

CALCULOS

4.1 Determinación de la ecuación de temperatura en función del tiempo. Termómetro de Referencia: 𝑚 = 𝑃𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 =

𝛥𝑦 28.8 − 17 = = 0,47 𝛥𝑥 25 − 0

T=m*t + b para (t=0, T=17) b= 17°C 𝑇 = 0,47𝑡 + 17 [°𝐶]; 𝑠𝑖 𝑡 = [𝑚𝑖𝑛]

(5)

Termómetro de Metal: 𝑇 = 0,64𝑡 + 24 [°𝐶]; 𝑠𝑖 𝑡 = [𝑚𝑖𝑛]

(6)

Termómetro de Mercurio: 𝑇 = 0,64𝑡 + 23 [°𝐶]; 𝑠𝑖 𝑡 = [𝑚𝑖𝑛]

(7)

4.2. Cálculo de escala para la temperatura de referencia Referencia [°C]

-273.15

-0,1

85,7 -85,8-

Metal [°C]

-273.15

0,1

83 -82,9-

Mercurio [°C]

-273.15

-0,2

89 -89,2-

Cero Absoluto

Punto de fusión H2O

Punto de Ebullición H2O

𝛥°𝐶 𝑀𝑒𝑡𝑎𝑙 =

85,8 = 1.03 82,9

𝛥°𝐶 𝑀𝑒𝑟𝑐𝑢𝑟𝑖𝑜 =

85,8 = 0,96 89,2

1 Δ°C Referencia = 1,03 Δ°C Metal = 0,96 Δ°C Hg

4.4. Cálculo del error entre termómetros y termómetro de referencia 𝑬=

𝑫𝒂𝒕𝒐 𝑻.𝒆𝒍𝒆𝒄𝒕𝒓𝒐𝒏𝒊𝒄𝒐−𝑫𝒂𝒕𝒐 𝑻.𝑷𝒓𝒖𝒆𝒃𝒂 𝑫𝒂𝒕𝒐 𝑻. 𝒆𝒍𝒆𝒄𝒕𝒓ó𝒏𝒊𝒄𝒐

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑇𝑒𝑟𝑚ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑀𝑒𝑡𝑎𝑙 =

∗ 𝟏𝟎𝟎

1−1,03 1

(9)

∗ 100 = 3%

(10)

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑇𝑒𝑟𝑚ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑀𝑒𝑟𝑐𝑢𝑟𝑖𝑜 = 4%

5.

(11)

RESULTADOS

N 1

Tabla 5. Temperaturas de referencia y De prueba T. Referencia T. Prueba 1 T. Prueba 2 Error % (°C) (°C) (°C) -0,1 0,1 0,2 3

2

85,7

83

89

4

6. DISCUSIÓN El método cualitativo utilizado en la práctica escalas de temperatura fue válido ya que se pudieron conocer los diferentes tipos de escalas de temperatura basados en un mismo sistema como en los de grados Celsius, obtenido los resultados deseados en la práctica, esto se vio reflejado en el cálculo del error ya que presento un desfase de margen de error mínimo dentro de cada termómetro; se puedo observar que en la gráfica que los datos no se encuentran muy dispersos entre sí, ya que estos varían de acuerdo a su composición, uso, rango y apreciación. Hubo errores en la práctica que afectaron significativamente los resultados obtenidos, errores aleatorios como poca cantidad de hielo, el cual no abastecía al termómetro para una buena toma de temperatura, la mala apreciación del observador al momento de tomar el valor de temperatura. Se recomienda ser cuidadoso al tomar las lecturas de los valores de temperatura ya que estos pueden cambiar si no se deja el tiempo necesario para que se quede constante.

7. CONCLUSIONES 

EL calorímetro nos permite obtener valores de temperatura ya que este equipo tiene la capacidad de determinar el calor específico de un cuerpo, como fue el caso del agua y el hielo, pero existen variables que afectan la capacidad calorífica entre ella se encuentran la composición y estado de la sustancias, así como de sus impurezas.



Para cada termómetro se puede crear un sistema de referencia único y diferente pero estos se guían por medio de una escala conocida ya sea por los puntos de congelación o de ebullición siendo la más usada el agua como base de referencia.



Las condiciones atmosféricas y climatológicas además de la ubicación geográfica en la que se encuentre variaran los puntos ya sean tanto los de congelamiento y de ebullición en el termómetro pero será una variación pequeña ya que se acercan al valor fijado en las tablas u formas de referencia que se tome por lo cual se toma una base de referencia de acuerdo a sus necesidades estos pueden se valores que se encuentren tabulados o se puede obtenerlos mediante análisis experimental garantizando una exactitud en la medición de la temperatura.



Hemos aprendido a poder identificar los tipos de temperaturas existentes u el uso de conversión de las mismas para transformar de una unidad a otra unidad de temperatura y esto nos hace capaces de entender sus conversiones y poder aplicarlas cuando quisiéramos identificar el valor de una temperatura que se encuentra una solución y el correcto uso de cada termómetro de acuerdo a las necesidades del investigador.

8. APLICACIONES INDUSTRIALES Cada proceso en la industria debe ser controlado de alguna manera, y esta necesidad con frecuencia incluye la medición de temperaturas. Se dispone de una gran variedad de sensores de temperatura para llevar a cabo esta tarea y los cuales tienen varios fines y miden a diversas temperaturas, por lo cual el ingeniero debe decidir cuál de los sensores es mejor para una situación en particular. Una aplicación importante es el uso de termoresistencias (RTD) ya que son altamente precisos. Son equipos practicos para realizar mediciones de temperatura de cualquier tipo de fluido en la industria con un margen de error de 0.1%, El elemento consiste usualmente en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor adecuado bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o de cerámica. El material que forma el conductor se caracteriza por el llamado “coeficiente de temperatura de resistencia” que expresa, a una temperatura especificada, la variación de la resistencia en ohmios del conductor por cada grado que cambia su temperatura. El detector de temperatura de resistencia (RTD) se basa en el principio según el cual la resistencia de todos los metales depende de la temperatura. Aguayo.I. (2016)

¿Qué es una termocupla? La termocupula o termopar es un transductor que se compone de dos metales diferentes, unidos en un extremo. Cuando la unión de los dos metales se calienta o enfría, se produce una tensión que es proporcional a la temperatura. Las aleaciones de termopar están comúnmente disponibles como alambre. El termopar se basa en el principio de Seebeck, que establece que cuando la unión de dos materiales diferentes se encuentra a una temperatura diferente que la del medio ambiente, a través de esos materiales circulará una corriente. Los termopares se encuentran en diferentes combinaciones de metales o calibraciones para adaptarse a diferentes aplicaciones. Los tres más comunes son las calibraciones tipo J, K y T, de los cuales el termopar tipo K; ya tiene un conductor positivo de níquel-cromo y un conductor negativo de níquel-aluminio, con un rango de medición de temperatura de -270 °C a 3000 °C es el más popular debido a su amplio rango de temperaturas y bajo costo.

¿Cómo se calibran las termocuplas? Cada calibración tiene un rango de temperatura y un entorno de trabajo diferente. Aunque la calibración del termopar dicta la gama de temperaturas, el alcance máximo también está limitado por el diámetro del cable del termopar. Es decir, puede ser que un termopar muy delgado no logre alcanzar el rango de temperatura deseado.

Procedimiento de calibrado:       

Introducir el termopar de referencia, el patrón de chequeo y el termopar IBC. Conectar los cables del termopar en un switch adecuado y conectar la salida del multímetro al switch. El circuito de medición se comprueba y corrige para cualquier fem residual midiendo el circuito cuando el termopar se reemplaza por un corto circuito en los terminales de entrada. Determinar el efecto de inhomogenidad variando la profundidad de inmersión del termopar IBC en el punto de hielo. Si hay necesidad de cables de compensación evaluar el efecto tomando mediciones con y sin cables de compensación. Comenzar la calibración al punto más bajo e incrementado la temperatura. Una vez se alcance la estabilidad térmica comenzar el registro de datos. Las medidas eléctricas se realizan usando el multímetro calibrado en todo el rango requerido de fem/temperatura.

Aplicaciones de termocuplas: Los termopares son importantes en la industria ya requieren un estricto control de la temperatura y el uso de termopares ayuda a la automatización del control de la temperatura ya que se pueden implementar programas que ejecuten acciones específicas dependiendo de la temperatura que se tenga en un momento dado del proceso industrial. Un uso habitual en procesos industriales que generan reacciones químicas radioactivas o excesivamente caloríficas o en ocasiones peligrosas para los humanos en estas circunstancias el control debe ser a distancia y se deben de implementar extensiones que requieren un cuidado excesivo.

Omega.C. (2018)

9. CUESTIONARIO 9.1. Se encuentra agua en un vaso de precipitación y con la ayuda de un termómetro se mide para ver qué tan caliente está. El termómetro mide 132°, pero el agua aún no está hirviendo. ¿Qué escala de temperatura mide el termómetro? Explique.

Lo correcto sería utilizar la escala Fahrenheit ya que en la escala Centígrada el agua hierve a 100º, pero como nuestro termómetro mide 132º utilizamos la escala Fahrenheit porque el agua hierve a 212º, por lo cual si tenemos 132º en Fahrenheit es ideal para agua caliente pero no este hirviendo.

9.2 Se ha establecido una escala de temperatura ficticia a la que denominaremos ¨S¨, la misma que tiene como punto de congelamiento -24 °S y 166 °S como punto de ebullición. Deducir la ecuación que permita la transformación a grados Centígrados. [ºC]

[ºS]

𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑏 Term. (ºC)

𝐶−0

P.e

100 [ºC]

P.e 166 [ºS]

P.c

0 [ºC]

P.c -24[ºS]

𝑆−(−24)

= 166−(−24) 100−0

Term. (S)

𝐶 100

=

𝑆+24 190

𝟏𝟎𝟎

𝑪 = 𝟏𝟗𝟎 (𝑺 + 𝟐𝟒)

9.3. Se obtienen datos de la temperatura de ebullición del agua de dos experimentos, 120°C y 250°F ¿Qué temperatura e correcta, cuál es más alta y por cuánto? 9 𝐹 = 𝐶 + 32 5 9 𝐹 = 120 + 32 5 9 𝐹 = 120 + 32 5 𝑭 = 𝟐𝟒𝟖° 250°F - 248°F= 2°F Después de aplicar la formula ce conversión de temperatura para tener las mismas unidades de temperatura se procede a restar los dos valores originando una diferencia de temperatura de 2°F y siendo la temperatura más alta la de 250°F.

10. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA 10.1 Bibliografía Aguayo.I. (2016). Termoresistencias. Colombia-Medellin. Obtenido de: http://comofunciona.co.com/una-termoresistencia/ Omega.C. (2018). Termopar. España-Barcelona. Obtenido de: https://es.omega.com/prodinfo/termopares.html

11.ANEXOS 11.1 Diagrama del equipo

Fuente: UCE. Laboratorio de termodinámica 1

Dónde: 1.- Termómetro metálico 2.- Termómetro de vidrio 3.- Vasos de precipitación 4.-Calorímetro 5.- Controlador 6.- Baño térmico

Nombre: Dibuja: Revisa: Escala:

Fecha:

Jonathan Ramos

02-05-2018

Dayanna Arcos

09-05-2018

Título:

Universidad Central del Ecuador Facultad de Ingeniería Química Escuela de Ingeniería Química

ESCALAS DE TEMPERATURA

Lámina: 1

11.2 Diagrama temperatura = f (tiempo)

T[ºC]

t[min]

Fuente: UCE. Laboratorio de termodinámica 1

Nombre: Dibuja: Revisa: Escala:

Fecha:

Jonathan Ramos

02-05-2018

Dayanna Arcos

09-05-2018

Título:

Universidad Central del Ecuador Facultad de Ingeniería Química Escuela de Ingeniería Química

ESCALAS DE TEMPERATURA

Lámina: 2