Temperatura y Calor

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UNIVERSIDAD ESTATAL DE MILAGRO

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

TRABAJO GRUPAL DE INSTRUMENTACIÓN

TEMA:

Temperatura y Calor

INTEGRANTES:

• Alarcón Jonathan
• Campos Lady
• Cañar Ronald
• Crespo Rafael
• Delgado Arrlen

DOCENTE:

Ing. Jhonny Ortiz

CARRERA:

Ingeniería Industrial

CURSO:

K-203

CUARTO SEMESTRE DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

MILAGRO-ECUADOR

2018-2019

INDICE

ÍNDICE DE FIGURAS        4

1.        MARCO TEÓRICO.        5

2.        DESARROLLO        6

2.1.        Definición de temperatura.        6

2.2.        Definición de calor.        6

2.2.1.        Conducción.        7

2.2.2.        Convención.        7

2.2.3.        Radiación.        7

2.3.        Relación del calor y la temperatura.        8

2.4.        Expansión Térmica        8

2.5.        Fórmulas de temperatura y calor        9

2.5.1.        Ejercicios Propuesto 1.        10

2.6.        Transferencia de calor.        10

2.6.1.        Ejercicio propuesto 2.        11

2.6.2.        Ejercicio propuesto 3.        11

2.6.3.        Ejercicio propuesto 4.        12

2.6.4.        Ejercicio propuesto 5.        12

2.6.5.        Ejercicio propuesto 6.        13

2.6.6.        Ejercicio propuesto 7.        13

2.7.        Expansión térmica        14

2.7.1.        Ejercicio propuesto 8.        14

2.8.        Dispositivos de medición de temperatura        15

2.8.1.        Termómetros        16

2.8.2.        Dispositivos de temperatura de resistencia        17

2.8.3.        Ejercicio propuesto 9.        17

2.9.        Termistores        18

2.10.        Termopares        18

2.10.1.        Efecto de Seebeck        19

2.10.2.        Efecto Peltier        19

2.10.3.        Efecto Thompson        19

2.11.        Semiconductores        19

2.12.        Consideraciones de Aplicación        20

2.12.1.        Selección        20

2.12.2.        Alcance y precisión        20

2.12.3.        Constante de tiempo térmica        20

2.13.        Instalación        21

2.14.        Calibración        21

2.15.        Protección        22

3.        CONCLUSIÓN        23

BIBLIOGRAFÍA.        24

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Relaciones Entre escalas de Temperatura        6

Figura 2. Mecanismos de Transmisión de calor        7

Figura 3. Separación de átomos por expansión.        8

Figura 4.El efecto de cambio de temperatura en una tira bimetálica y (b) Bimetálica termómetro de cinta.        17

Figura 5.Un Circuito Termopar, Termopares conectados para formar una termopila.        19

Figura 6. Termopar frente a temperatura de varios Tipos        20

Figura 7. Rangos de Temperatura y precisión de los sensores de temperatura        21

Figura 8 Puntos de calibración de la escala de temperatura.        22

1. MARCO TEÓRICO.

La Instrumentación Industrial es conocida como el conjunto de equipamientos y dispositivos que permiten realizar diferentes tipos de acciones con las variables existentes dentro de un proceso tales como medirlas y registrarlas y si fuera necesario también convertirlas con el fin de valorarlas y controlarlas. Los aparatos de medición son utilizados para la medición de diferentes variables como la temperatura, de la misma que se hablara más adelante y la relación que posee con el calor, esta variable se torna importante dentro de una organización ya que al ser evaluada permite al operario conocer el incremento o decremento de calor existente dentro de un proceso y así conseguir la obtención de productos que se encuentren óptimos. Para poder manejar correctamente la medición de la temperatura se debe conocer a cabalidad las escalas de temperatura, los coeficientes de dilatación, el calor y la trasmisión de esta, algunos conceptos que nos permitirá entender la variable antes mencionada como también el concepto de calor y los diferentes tipos de transmisión de calor existentes tales como: convección, conducción y radiación. A continuación, se relatará los conceptos relacionados al tema de trabajo, los mismos que nos ayudaran a conocer correctamente una de las variables más importantes dentro de un proceso industrial como lo es la temperatura como una medida y la relación que posee con el calor como una energía.

1. DESARROLLO

1. Definición de temperatura.

Según Dunn la temperatura es una medida de la energía térmica en un cuerpo, que es la relativa picor o frialdad de un medio y normalmente se mide en grados utilizando una de las siguientes escalas; Fahrenheit (F), Celsius o Centígrados (C), Rankine (R), o Kelvin (K) [1], esta propiedad y otras han contribuido en gran manera para la elaboración de instrumentos de medición tales como: los termómetros de expansión, termopares y pirómetros. La temperatura posee cuatro escalas de medición: Celsius, Fahrenheit, Kelvin y Rankine; las dos primeras escalas se definen con base en las propiedades de una sustancia; y las dos últimas escalas se basan en las propiedades termodinámicas, las mismas que se clasifican en extensivas e intensivas, las extensivas que dependen de la masa y el volumen y las intensivas de la presión, la temperatura y composición [2].

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Figura 1. Relaciones Entre escalas de Temperatura.

1. Definición de calor.

El calor es la energía en transición a través de la frontera de un sistema, que no se puede identificar con una fuerza mecánica que actúa a lo largo de una distancia [3]. El flujo espontáneo de calor siempre es transmitido desde el objeto que posee una temperatura alta a otro que posea una temperatura baja, como por ejemplo si se tiene dos objetos uno frío y uno caliente y estos son topados, el caliente se irá enfriando y el frío se irá calentando o viceversa, lo que se denomina como mecanismos de transmisión de calor, estos denominan como: conducción, convención y radiación.

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Figura 2. Mecanismos de Transmisión de calor.

1. Conducción.

Según lo narrado en el libro de instrumentación industrial [4] la conducción es el mecanismo de intercambio de energía entre regiones a diferente temperatura desde regiones más calientes a otras más frías, que tiene lugar por colisión molecular directa, la energía transferida incrementa la vibración de las moléculas, la misma que es transmitida a las moléculas aledañas. El ritmo de la transferencia de calor dependerá de la diferencia de temperatura de las regiones en contacto, del área de las superficies de contacto entre las regiones y de la conductividad térmica de los materiales en contacto.

1. Convención.

Es el mecanismo de transferencia de calor que tiene lugar en un fluido debido al movimiento groso de las moléculas dentro de la masa del fluido, si una parte de dicho fluido es calentada, la energía cinética de dichas moléculas en esa parte se verá aumentada y por lo tanto su desplazamiento comenzará y la densidad del fluido bajará [4].

1. Radiación.

La radiación según Dunn [5] es la transmisión de energía se efectúa mediante ondas electromagnéticas, estas se ´´transmiten´´ mejor en el vacío que en un medio material, lo que diferencia a la radiación de otros mecanismos de transmisión de calor. Cuando la radiación electromagnética llega a una superficie de cuerpo material, la radiación puede ser: absorbida calentándose el cuerpo o provocando reacciones fotoquímicas, reflejada devolviéndose al medio ambiente de la misma forma o transmitida atravesando el cuerpo sin alterarse.

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