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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONÒMA DE MÈXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÀN. CAMPO 1. Laboratorio Experimental Multidisciplinario (LEM 1)

Previo experimental 1 Medición de temperatura Profesores: Silva Escalona Celestino Sixto Berrocal Ana María Alumno: Alejandro García García

INGENIERÌA QUÌMICA Grupo 1301

Ciclo Escolar: 2019-I

INTRODUCCION El trabajo de investigación presentado a continuación es necesario para tener los conocimientos previos antes de la experimentación, en este caso los contenidos están presentados por la clasificación de los diferentes tipos de medidores de temperatura y la forma en que estos operan a diferentes condiciones, además estos son muy necesarios en la industria ya que es muy importante que se conozca el valor de temperatura para llevar los procesos de la forma correcto y de igual forma que se Relizen reportes. Entonces tal cual en estos previos experimentales se habla acerca de las formas de medir los medidores de calor 1-. Mencione los tipos de indicadores de temperatura más comunes: Los indicadores de temperatura se clasifican de distintas formas dependiendo del mecanismo por el cual operen sin embargo los más comunes son los mencionados a continuación.    

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Termómetro de Vidrio; consta de un tubo de vidrio hueco, con un depósito lleno de un fluido muy sensible volumétricamente a los cambios de temperatura. Termómetro Bimetálico; consta de dos barras metálicas de diferentes metales unidas rígidamente, al ser estos materiales diferentes, tendrán que tener diferentes coeficientes de dilatación lineal. Termopares ; consta de la unión de dos materiales diferentes que se encuentran a una temperatura diferente que la del medio ambiente, a través de esos materiales circulará una corriente. Termoresistencia ( RTD ); Al calentarse un metal habrá una mayor agitación térmica, dispersándose más los electrones y reduciéndose su velocidad media, aumentando la resistencia. A mayor temperatura, mayor agitación, y mayor resistencia. Pirómetros de Radiación; Son aquellos que se utilizan para medir temperaturas que sean superiores a los 500ºC hasta un máximo de 1600ºC. Para ello tienen la capacidad de captar una parte o el total de la radiación que emite el objetivo que se está midiendo.

2-.Describa el funcionamiento del termopar explicando los tres efectos por los cuales se rige. El termopar es un circuito formado por dos conductores de metales diferentes o aleaciones de metales diferentes, unidos en sus extremos y entre cuyas uniones existe una diferencia de temperatura, que origina la fuerza electromotriz del efecto Seebeck. La fuerza electromotriz generada por el termopar está en función de la diferencia de temperatura entre la unión fría y la unión caliente, pero más específicamente, esta

generada como un resultado de los gradientes de temperatura los cuales existen a lo largo de la longitud de los conductores. Los tres efectos por los cuales se rige el funcionamiento de este indicador de temperatura, son: EFECTO SEEBECK: Cuando las uniones de dos conductores se unen por sus extremos para formar un circuito, y se colocan en un gradiente de temperatura, se manifiesta un flujo de calor y un flujo de electrones conocido como corriente Seebeck. La fuerza electromotriz (FEM) que genera la corriente se conoce como fuerza electromotriz de termopar o tensión de Seebeck. El coeficiente Seebeck (S) se define como la derivada de dicha 𝑆 =

𝑑𝐸 𝑑𝑇

tensión (E)

con respecto a la temperatura (T). EFECTO PELTIER: Consiste en el calentamiento o enfriamiento de una unión entre dos metales distintos al pasar corriente por ella. Al invertir el sentido de la corriente, se invierte también el sentido del flujo de calor. Este efecto es reversible e independiente del contacto. Depende solo de la composición y de la temperatura de la unión. EFECTO THOMPSON: Consiste en la absorción o liberación de calor por parte de un conductor homogéneo con temperatura no homogénea por el que circula una corriente. El calor liberado es proporcional a la corriente y por ello, cambia el signo al hacerlo el sentido de la corriente. Se absorbe calor si la corriente y el calor fluyen en direcciones opuestas, y se libera calor si fluyen en la misma dirección. 3-.Describe el funcionamiento del termómetro de bulbo de mercurio: Estos termómetros, consisten en un bulbo conectado por un capilar conectado a una espiral. Cuando la temperatura del bulbo cambia, el mercurio se expande en el bulbo y la espiral tiende a desenrollarse moviendo la aguja sobre la escala para indicar la elevación de la temperatura en el bulbo.

4-.Describa el funcionamiento del termómetro bimetálico: Se basan en la diferencia de dilatación de los metales, tales como: monel o acero y una aleación de ferroníquel o Invar (35.5% de níquel) laminados conjuntamente. Las láminas bimetálicas pueden ser rectas o curvas, formando espirales o hélices. Un termómetro bimetálico común, contiene sólo la aguja indicadora sujeta al extremo libre de la espiral o de la hélice y el propio elemento bimetálico. El eje y el elemento están sostenidos con cojinetes y el conjunto está construido con una precisión para evitar rozamientos. Se obtienen exactitudes del orden del 1% de la medición.

5. Mencione algunas aplicaciones de los indicadores de temperatura siguiente: 

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Termómetro bimetálico: Se utilizan en el lugar para medida directa de temperatura. Las áreas especiales de aplicación son; plantas industriales pesadas, tuberías y recipientes, máquinas, etc. Utilizados para rangos de temperatura desde 580°C hasta -180°C Termómetro de bulbo de mercurio: se utiliza para medir la temperatura de una sustancia u objeto u aplicaciones en el hogar. Puede medir rangos de temperatura de -100°C a 750°C Termopar: El termopar es uno de los sensores más comunes y simples usados para determinar la temperatura de los procesos. Se utiliza normalmente en la industria de la cerámica, industria del plástico y hornos, debido a que mide temperaturas muy elevadas.

6-. ¿Qué es la zona umbral y zona de saturación de un instrumento? Umbral: Cuando la magnitud objeto de medida aumenta gradualmente partiendo de cero, es posible que tenga que alcanzar un nivel mínimo antes de que el instrumento responda y proporcione una lectura perceptible.

Zona de Saturación: Es el área en la cual el instrumento ha sobrepasado su capacidad máxima de operación por lo que se presenta un comportamiento distinto a la operación normal y por lo tanto no confiable. 7-.Diga porque hay diferentes tiempos de respuesta en los indicadores Para cada indicador existe un rango de temperatura distinto, y el mecanismo de funcionamiento difiere, así es necesario que exista un tiempo de respuesta en los instrumentos de medición, esto quiere decir, que exista un momento en el cual la temperatura se estabilice para obtener la medición correcta de está. Un ejemplo claro es el termómetro de bulbo de mercurio, en el cual, se tiene que esperar a que el líquido de mercurio se expanda.

8-¿Cual será el procedimiento más adecuado para calibrar un termopar?, indique el material que usaría y como lo adaptaría en el laboratorio. Por calibración de un termopar se entiende la determinación de los voltajes que genera a distintas temperaturas el número de mediciones debe ser suficiente para interpolar aceptablemente los voltajes de las temperaturas medidas. La calibración se puede realizar utilizando un dispositivo de medidor de temperatura patrón y un medidor de temperatura controlada donde el termopar y el dispositivo patrón se instalaran para que soporten la misma temperatura de manera que el voltaje generado por el termopar se hace corresponder a la temperatura indicada por el dispositivo tomado como patrón. Para la calibración se hace uso del siguiente material:     

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Soporte Universal con nuez Termómetro de Mercurio, escala (0-100ºC) Termopar tipo K Multímetro Vaso Pirex 1000 cm3 Agitador magnético con calefacción

Aparatos  Sistema de prueba.- es un foco térmico, con el que se mantiene un íntimo contacto la soldadura de prueba. Está constituido por un recipiente con agua que será calentada homogéneamente mediante un agitador magnético con calefacción. Se debe escoger un ritmo de calentamiento lo suficientemente lento como para poder considerar el proceso cuasi estático.  Termopar.- Son dos cables de = 0,5 mm.de diámetro de dos aleaciones especiales T1 y T2 soldadas por uno de sus extremos. Este tipo de termopares se

 Multímetro de medida.- Consiste en un polímetro digital que tiene la posibilidad de medir diferentes magnitudes eléctricas, tanto en corriente continua como alterna, para diferentes escalas. En este caso se empleara la escala, en corriente continua (DC), más pequeñas en (mv).  Termómetros.- Estos se usaran para la medida de la temperatura del sistema de prueba, de dos termómetros patrón diferentes, uno de mercurio y otro será un termómetro digital, basado también en una sonda termopar. De forma experimental: El método de experimentación se trata de conectar el sistema calefactor que hará aumentar la temperatura del sistema de prueba, donde están sumergidos tanto los termómetros patrón, como el termopar a calibrar. De tal forma que sea posible realizar las medidas de la temperatura mediante dos termómetros patrón, así como de la fem inducida en el termopar a calibrar. Escoger un nivel de agitación y calefacción adecuado. A lo largo de la experiencia, cuando la temperatura del foco se eleve habrá que aumentar la potencia calefactora. Evitar que la agitación sea demasiado enérgica. Realizar medidas de 5ºC en 5ºC desde la temperatura ambiente, hasta la temperatura de ebullición del agua, anota la temperatura de ebullición. 9.- ¿Indique cuál es la razón de que existan termómetros bimetálicos de vástago de diferente tamaño y cómo influye esto en la medición de temperatura? Cuando existen diversas variaciones de la temperatura con respecto al tiempo en las láminas se producirán diferentes expansiones, el tamaño del vástago determinará la expansión de dicha lamina, por lo tanto entre mayor sea la longitud del vástago, mayor será la temperatura que se pueda medir, así como más precisa.

10-.Haga el cálculo de conversión de 185ºF a ºC, K y R y calcule la conversión de una diferencia de temperatura entre 180-90 grados Fahrenheit a ΔºC, ΔK y ΔR.

-Para la conversión de ºF a ºC: ºF − 32 1.8 185 − 32 º𝐶 = = 85 º𝐶 1.8 º𝐶 =

-Para la conversión de ºF a K: 5(º𝐹 − 32) + 273.15 9 5(185 º𝐹 − 32) 𝐾= + 273.15 = 358.15 𝐾 9 -Para la conversión de ºF a R: 𝑅 = º𝐹 + 459.67 𝑅 = º𝐹 + 459.67 = 644.67 𝑅 𝐾=

La conversión de las diferencias de temperatura es: Δ°C: º𝐶 = º𝐶 =

180 ºF − 32 = 82.222 1.8

ºF − 32 1.8 º𝐶 =

90 ºF − 32 = 32.222 1.8

∆℃ = 82.222℃ − 32.222℃ = 50℃ La diferencia de temperatura es de 50 °C ΔK: 5(º𝐹 − 32) + 273.15 9 5(180º𝐹 − 32) 5(90º𝐹 − 32) 𝐾= + 273.15 = 355.372𝐾 𝐾 = + 273.15 = 305.372𝐾 9 9 𝐾=

∆𝐾 = 355.372𝐾 − 305.372𝐾 = 50 𝐾 La diferencia de temperatura es de 50 K ΔR: 𝑅 = º𝐹 + 459.67 𝑅 = 180 º𝐹 + 459.67 = 639.67 𝑅 𝑅 = 90 º𝐹 + 459.67 = 549.67 𝑅 ∆𝑅 = 639.67 𝑅 − 549.67 𝑅 = 90 𝑅 La diferencia de temperatura es de 90 R