INFORME LABORATORIO Nº1: MEDICIÓN DE TEMPERATURA

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA, UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER LABORATORIO DE SISTEMAS TÉRMICOS GRUPO B1 – SUBGRUPO 1 DIA 23 DEL MES 05, I SEMESTRE ACADÉMICO DE 2019[pic 1]

INFORME LABORATORIO Nº1: MEDICIÓN DE TEMPERATURA

1. INTRODUCCION

En el campo de la ingeniería mecánica la medición de temperaturas es un factor relevante, los análisis mecánicos dependen en gran medida de los factores de temperatura, por ejemplo, el cálculo del diámetro de un eje cuando existe influencia del factor de temperatura, así como para el análisis de deformación de un material, ya que muchas de las propiedades de los fluidos y solidos varían al cambiar estas. El análisis de temperaturas tiene mucha profundidad en la ingeniería ya que abarca un gran campo como el de funcionamiento de las diferentes maquinas desde las más simples, como un compresor, hasta las más complejas, como un cohete espacial; el análisis de temperaturas es de gran ayuda para tener consideraciones previas y/o inmediatas al diseño.

En el análisis y diseño de sistemas térmicos el ingeniero tiene que poseer grandes conocimientos de transferencia de calor, así como de termodinámica, pues el cambio de temperaturas afecta en gran medida los mecanismos de transferencia de calor (conducción, convección y radiación).

De acuerdo con lo anterior, se va a realiza el proceso de medición de esta magnitud física usando herramientas como: sensor LM35, termistor y termocupla; además de la determinación de la confiabilidad de los datos arrojado por estos instrumentos.

1. OBJETIVOS

1. OBJETIVO GENERAL

• Realizar la medición de temperatura en un banco de control usando las siguientes herramientas: Sensor LM35, termistor NTC y termocupla J.

1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Reconocer algunos de los diferentes instrumentos de medición de temperatura que intervienen en el laboratorio.
• Determinar la relación entre temperatura y voltaje para la termocupla Tipo J.
• Determinar la relación entre temperatura y voltaje para el sensor LM35.
• Determinar la relación entre temperatura y resistencia para el termistor NTC.
• Aprender la determinación del instrumento que se adapta mejor a la medición de temperatura de acuerdo a las condiciones.

1. MARCO TEÓRICO Temperatura

La  temperatura  es  una  medida escalar que nos permite

cuantificar cuán frío o caliente se encuentra un cuerpo. La temperatura   está  ligada  a  la   energía  interna   de  los

cuerpos. Las partículas que componen un cuerpo se encuentran en constante movimiento, por lo tanto, poseen energía cinética; entre más aumente la temperatura mayor será el grado de excitación de dichas partículas y por ende tendrán mayor valor de energía interna.

Escalas de temperatura y sus equivalencias

• Escala Centígrada (°C): También llamada Escala Celsius. Se mide en grados centígrados o Celsius.

• Escala Fahrenheit (°F): Establece como las temperaturas de congelación y ebullición del agua, 32 °F y 212 °F.

• Escala Kelvin (K): Esta es la más usada en el ámbito científico. En química y física, por ejemplo.

• Equivalencias:

𝐾  = 273.15 + °𝐶

°𝐶 = (°𝐹 − 32) ∗ (5/9)

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°𝐹 = °𝐶 ∗ (5) + 32[pic 2]

Formas de medir temperatura:

Termómetro de vidrio: Consiste en una ampolla de vidrio que posee una escala numerada. La ampolla está unida a un tubo delgado del mismo material que contiene un líquido como mercurio o alcohol con color. Como el tubo está sellado, ante un aumento o disminución de temperatura el líquido sube o baja por el tubo.

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Fig 1 Termómetro de vidrio

Termómetro de bimetales: Es básicamente una hélice. Consiste en dos metales con diferente coeficiente de dilatación (uno alto y el otro bajo) Un extremo de la hélice es soldado a una tapa de acero inoxidable. La otra a un

eje que sostiene la aguja. Al variar la temperatura, el metal de dilata, moviendo la aguja que marcará la temperatura

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Fig 2 Termómetro de bimetales

Termómetro de resistencia (termistores): Son transductores de temperatura que funcionan mediante el cambio de la resistencia eléctrica de una sustancia con la temperatura.

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Fig 3 Termistor

Termocupla o termopares: Está compuesta por dos alambres metálicos unidos en un extremo, por los cuales se aplica una diferencia de temperatura lo que genera en la unión un voltaje muy pequeño del orden de los milivolts.

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Fig 4 Termocupla[pic 7]

Pirómetro: óptico y radiación.

Los pirómetros son dispositivos diseñados para medir la temperatura desde lejos, es decir, sin estar en contacto con ella. El pirómetro óptico utiliza la variación del ancho de onda para calcular esta temperatura, mientras que el pirómetro de radiación determina el poder calorífico a partir        de        la        radiación,        este        poder        es        enviado posteriormente a un sensor térmico para medir la temperatura.

Fig 6 Principio de funcionamiento de un Puente de

Wheatstone.

La fuente de poder alimenta el puente y se procede a variar R3 hasta que el galvanómetro indique que la corriente Ig=0. En ese caso se verifica la siguiente relación con la cual se puede hallar el valor de Rx.

𝑅𝑥  = 𝑅3 ∗ (𝑅2/𝑅1)

Termistor (NTD y PTD)

• Termistor NTD: resistores no lineales cuya resistencia disminuye fuertemente con la temperatura. El coeficiente de temperatura es negativo y elevado. Utilizados comúnmente a temperaturas bajas.

• Termistor PTD: resistores no lineales cuya resistencia aumenta fuertemente con la temperatura. El coeficiente de temperatura es positivo. Utilizados comúnmente a temperaturas altas.

Diferencia entre termocupla tipo J, K, B, E, R, S y T.

Puente Wheatstone

Fig 5 Pirómetro[pic 8]

Existen diferentes tipos de termocuplas, por eso corresponde clasificarlas a partir de sus propiedades características, en la tabla aparecen algunas de las más comunes, sin embargo, cabe resaltar que en la actualidad el 90% de las termocuplas utilizadas son del tipo J ó del tipo K.

Los tipos de termocuplas se diferencian entre sí por los materiales con los que son fabricados sus terminales, además de esto un gran rasgo que caracteriza a cada termocupla es el rango de temperaturas con el que puede trabajar como se observa:

El puente Wheatstone es un método para calcular el valor de una resistencia. Su principio de funcionamiento es el siguiente:

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Fig 7 Propiedades de las termocuplas

Termocupla J: Está compuesta por la unión de dos metales diferentes, los cuales, producen una diferencia de potencial E que dependerá de los metales utilizados y la temperatura de unión. Si ambos metales están a la misma temperatura no existe una fem neta y generalmente uno de los dos materiales se mantiene a 0º

C por lo que se cumple que:

𝑬 = 𝒂𝑻 + 𝒃𝑻𝟐

Donde a y b dependerá del material, en este caso hierro y constantán. A pesar de que en el circuito del termopar haya otros metales, como por ejemplo un empalme por soldadura de cobre, éstos no tienen efecto en la fem termoeléctrica, siempre y cuando todas sus uniones estén a la misma temperatura.

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Fig 8 Gráfico teórico fem termoeléctrica vs

temperatura para diferentes tipos de termocuplas.

1. PROCEDIMIENTO

Procedimiento para medición de temperatura con Termistor:

1. Apertura del software Arduino.
2. Cargar el Sketch dado por el auxiliar
3. Sintonizar la temperatura
4. Tomar los datos

Procedimiento para medición de temperatura con Termocupla tipo J:

1. Realizar la conexión de la fuente al módulo RIO y

1. de éste al computador.

1. Conectar la termocupla tipo J al módulo RIO.
2. Ejecutar el software LabVIEW y abrir el programa predeterminado en la guía de instalación para la medición de temperatura.
3. Encender el cautín y Acercarlo gradualmente a la termocupla tipo J.
4. Medir y registrar en la tabla correspondiente la tensión en la termocupla cada vez que su temperatura aumente en 5°C cuyo rango será especificado por el auxiliar.

Procedimiento para medición de temperatura con sensor LM35:

1. Realizar el programa para la medicion de temperatura en un Pc con el software de labVIEW.
2. Hacer el montaje del sensor LM35 al arduino correctamene ya que este es el que trasmitira la señal.
3. Por consiguiente hacer la coneccion adecuada del arduino al Pc.
4. Configurar el arduino en el complemento LINX y verificar que el programa este funcionndo correctamente.
5. Modular la temperatura en el LM35 para obtener valores de tempratura y con estos generar una grafica.

1. ESQUEMA DEL BANCO

Termistor NTC

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