lt temperatura

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

LABORATORIO DE TERMODINÁMICA

PRÁCTICA # 1MEDICIÓN DE TEMPERATURAS Y USO DE CARTAS PSICROMÉTRICAS

DATOS MEDIDOS1.- Condiciones Ambientales (Psicrometría)

DATOS UNIDADES PSICRÓMETRO MEDIDOR DIGITALTemperatura bulbo seco Tbs [°C y °F] 21 °C / 69.8 °F 21.3 °C / 70.4 °FTemperatura bulbo húmedo Tbh [°C y °F] 16 °C / 60.8 °F 22.56 °C / 72.6 °FHumedad relativa Ø [%] 60% 57%Contenido de agua w [kg a/kg a.s.] 0.013 0.013Volumen específico v [dm3/kg a.s.] 1196.1 475.08Entalpía específica h [KJ/kg a.s.] 71.95 72.10Presión atmosférica Patm [psia] 10,4 psia (2800msnm)

2.- Datos con Termocuplas (Referencia Externa)

No.TERMOCUPLA

TIPO

MEDIDOR TABLAS

mV [mV] T [ºC] mV [mV] T [ºC]1 J 4.75 92 4.726 902 Ext J 5.61 90 5.581 893 Ext K 3.60 90 3.599 884 K 3.63 90 3.640 895 Ext T 3.85 90.5 3.860 91

3.- Datos con Termocuplas (Referencia Interna)

No.TERMOCUPLA

TIPO

MEDIDOR TABLAS

mV [mV] T [ºC] mV [mV] T [ºC]1 J 3.60 91.52 Ext E 4.34 903 K 2.78 904 Ext T 2.94 90.85 Ext K 2.68 89

4.- Datos con otros dispositivos

INSTRUMENTO DE MEDICIÓN

TEMPERATURAS MEDIDAS PARAPUNTO DE

FUSIÓNPUNTO DE

EBULLICIÓN[ºC] [°F] [ºC] [°F]

Sensor analógico (K), 0.56 33 85 185

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Referencia InternaSensor analógico (K) , Referencia ExternaTermómetro de Mercurio 0 32 91 195.8Termómetro Bimetálico 0.56 33 85 185Medidor Fluke (Termocupla E) 0 32 90.5 194.9

5.- Carta psicrométrica

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INFORME

1. Llenar la hoja de datos, incluye la carta psicrométrica, en la cual se debe indicar las condiciones obtenidas a partir de los datos medidos con ambos instrumentos. Convertir unidades de la tabla 3, a grados centígrados como a Fahrenheit y comparar los resultados obtenidos.

2. Explicar brevemente y en sus palabras, la diferencia entre: Sensor, Transductor e Instrumento.Un sensor es capaz de medir variaciones de magnitudes físicas o químicas y transformarlas en pequeñas variaciones eléctricas, principalmente variaciones de voltaje. El sensor siempre se encuentra en contacto con la variable que se va a medir. En cambio un transductor es un dispositivo que transforma energía de un tipo en otro, por ejemplo un parlante transforma energía eléctrica en energía acústica, y ocurre lo opuesto con un micrófono. La termocupla que convierte la energía térmica en energía eléctrica mediante la unión de dos alambres de distintos materiales y por tanto del efecto Seebeck, es un transductor. El transductor se encarga de convertir la salida del sensor en otra variable de características deseadas y la cual preserva la información entregada por el sensor. Finalmente un instrumento es una herramienta usada para comparar magnitudes físicas mediante el proceso de medición, en el cual se compara el objeto de medición con patrones preestablecidos.

3. Definir brevemente en sus palabras y colocar un ejemplo de los siguientes términos referidos a instrumentos de medida:

a. RANGO: Es el límite de valores que se puede medir con un determinado instrumento. Por ejemplo el rango de medición de una regla común es de 1 mm (límite inferior) a 300 mm (límite superior).

b. AMPLITUD: Es la diferencia entre el valor superior y el valor inferior del rango de un instrumento. Por ejemplo para un determinado termómetro la amplitud seria 200ºC (= 300ºC – 100ºC )

c. ZONA MUERTA: Es el rango de valores de la entrada dentro del cual el instrumento no responde.

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Fig 1 Ejemplo de Zona Muerta.

d. HISTÉRESIS: Valor máximo de la diferencia entre las medidas en sentido creciente y decreciente de la variable

Fig 2 Ejemplo de Histéresis

e. SENSIBILIDAD: es la relación entre la respuesta del instrumento (cantidad de divisiones recorridas) y la magnitud de la cantidad medida. Por ejemplo si al medir una corriente con un amperímetro este recorre 8 divisiones y un segundo amperímetro recorre 2 divisiones al medir la misma cantidad, el primer amperímetro es 4 veces más sensible.

f. RESOLUCIÓN: Es el menor incremento de la variable que se mide y que puede ser detectado con certidumbre por el instrumento.

Por ejemplo un determinado reloj digital tiene una resolución de una centésima de segundo.

g. PRECISIÓN (Acurracy): Indica que tan cercanas, unas entre otras, son las medidas realizadas de una determinada magnitud.

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Figura 3 Ejemplo de Exactitud y Precisión.

h. EXACTITUD (Precision): Indica que tan cerca se encuentra el valor medido del valor real.

i. FIABILIDAD (Reliability): Es el tiempo medio entre fallos del instrumento.

j. REPRODUCIBILIDAD: Es la capacidad del instrumento de reproducir un determinado valor cuando se mide la misma cantidad en las mismas condiciones.

k. VALIDEZ: Grado en que un instrumento refleja un dominio específico de contenido de lo que se mide.

4. Indique el principio físico que emplea un pirómetro óptico para medir la temperatura de un objeto.

Todo objeto con una temperatura mayor al cero absoluto 0 K emite radiación térmica, el pirómetro mide esta radiación electromagnética que es función de la temperatura.

5. Para cada uno de los instrumentos de medición listados a continuación indique un ejemplo en el cual recomiende su uso frente a las demás opciones. Justifique su respuesta.

a. PIRÓMETRO: se lo utiliza para medir temperaturas superiores a las que soportan las termocuplas, o para medir la temperatura de objetos en movimiento.

b. TERMISTOR: en circuitos electrónicos debido a su reducido tamaño y principio de funcionamiento.

c. TERMOCUPLA: para aplicaciones industriales como medir temperatura de pasteurización de la leche, ya que presenta un fácil manejo e implementación.

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d. RTD: en aparatos electrónicos.

6. Explique si la temperatura de bulbo húmedo puede ser mayor que la de bulbo seco y bajo qué condición(es) marcan el mismo valor.

Cuando el aire se encuentra por debajo del nivel de saturación, es decir, cuando la humedad relativa es inferior al 100%, la temperatura de bulbo húmedo siempre es menor a la temperatura de bulbo seco, es decir la temperatura de bulbo húmedo no puede ser mayor. Marcan el mismo cuando la humedad relativa es de 100%.

7. Realice las siguientes conversiones de unidades:

DE: A:20°C 68 °F 527.67 °R 293.15 ∆°K∆36°F 36 ∆°R 20 ∆°C 20 °K32°F 491.67 °R 273,15 ∆°K 0 °C∆10°K 10 °C 18 ∆°R 18 ∆°F

8. Enlistar las semejanzas existentes entre una termocupla y una extensión de termocupla. Y las posibles ventajas de cada una.

a. Semejanzas: Funcionan bajo el mismo principio físico, el efecto seebeck.

b. Ventajas de Termocupla: Tiene un mayor rango de medición de temperaturas y puede medir temperaturas más altas ya que se fabrica con materiales de mayor costo.

c. Ventajas de una extensión: Emplea materiales de menor calidad que la termocupla, por lo que los costos se abaratan.

9. Dibuje un circuito en referencia externa para la medición de temperaturas. (Usar diferentes colores) (pueden hacer a mano alzada, usar paint o subir una foto o escaneado)

Fig 4 Circuito en referencia externa termocupla

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10. Usando la tabla de referencia adjunta (para una termocupla tipo J) determine la temperatura o el milivoltaje según corresponda para llenar la siguiente tabla: (de ser necesario interpole)

Milivoltaje (mV) Temperatura (°C)58.5 10108.01 140-3.3 -69

35.56 642

11. Realizar las curvas mV vs. T para cada una de las termocuplas usadas en la práctica. Emplee los datos de miliVoltaje obtenidos en referencia externa. (NOTA: Asuma un comportamiento lineal, usando dos puntos: 1.A una temperatura igual a la de referencia el voltaje es cero, es decir a 0°C el voltaje es 0 V, y 2. El voltaje y temperatura medidos en el agua en ebullición)

Fig 5 Gráfica mV vs. TColor TermocuplaRojo J

Verde Ext EAzul K

Amarrillo Ext TNegro Ext K

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12. Interpretando las curvas obtenidas indique para el rango de temperaturas empleado (0°C a 92°C), explicar cuál de las termocuplas presenta una mayor sensibilidad. Explique su respuesta.La termocupla correspondiente a la Ext E es la más sensible, determinada con la línea verde en la gráfica, debido a que para el mismo rango de temperaturas es capaz de medir una mayor variación de voltaje.

Conclusiones:- Todo objeto caliente emite radiación electromagnética en forma de

radiación térmica en función de la temperatura y el pirómetro emplea este principio para medir la temperatura de los objetos.

- La termocupla es muy utilizado en la industria debido a su costo relativamente barato y a la facilidad de manejo e implementación.

- Las extensiones de termocupla son más baratas pero tienen mayores limitaciones al momento de realizar una medición.

- La temperatura de bulbo húmedo nunca puede ser mayor a la de bulbo seco pues al medir la temperatura del bulbo húmedo el agua del ambiente se evapora, por lo que la temperatura medida desciende, el único caso en el que pueden ser iguales ambas temperaturas es cuando la humedad relativa es del 100%, es decir que el ambiente se encuentra completamente saturado de partículas de agua.

Recomendaciones:- Realizar las mediciones con la termocupla cuando la refencia externa del

agua con hielo se encuentre en un estado de mezcla de fases entre fase sólida (hielo) y fase líquida (agua) para que cualquier transferencia de calor se convierta en una transferencia de calor latente y no varié (aumente o disminuya) la temperatura del sistema usado como referencia externa.

Bibliografía:[1] htpp:// www.national.com/pf/lm335[2] htpp:// www.omega.com[3] Ernes O. Doebeling. Measurement systems application anddesigns. [4] Ramón Pallas Arey. Transductores y acondicionadores deseñal. [5] Sensores y analizadores. Harry N.Norton.[6] http://www.ual.es/~mnavarro/Teoriadeerrores.pdf [7] I.T.A. Fundamentos Físicos de la Ingeniería Práctica 1. Medidas de precisión. http://www.ual.es/~mnavarro/Practica1.pdf [8] http://www.sol-arq.com/index.php/factores-ambientales/temperatura

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