UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD DE INGENIERA

Departamento de Ingeniera Mecnica

IJF/IJF.

INGENIERIA DE EJECUCIN EN MECANICA

PLAN 2002GUIA DE LABORATORIO

ASIGNATURA15062 TERMODINAMICANIVEL 05EXPERIENCIA E- 93MEDICIONES BSICAS

HORARIO: MARTES: 9-10-11-12

MARTES: 13-14-15-16

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD DE INGENIERA

Departamento de Ingeniera Mecnica

HMR/hmr.

TITULO:MEDICIONES BSICAS.1.OBJETIVO GENERALCapacitar al alumno para que reconozca, identifique y utilice los diferentes principios y tecnologas existentes en las mediciones de temperatura, presin y flujo.

2.OBJETIVOS ESPECFICOSa)El alumno ser capaz de identificar los principios caractersticos de la medicin de temperatura, presin y flujos y adems de los aspectos operacionales de la medicin. Adicionalmente reconocer los circuitos de acondicionamiento de seales en la automatizacin de las mediciones bsicas.b)A partir de lo anterior, el alumno construir y calibrar termopares, calibrar algunos instrumentos de presin y determinar flujo de algunos gases o lquidos.c)En cada medicin de temperatura, presin y determinacin de flujos, el alumno asociar e identificar las diferentes incertezas de medicin generadas a travs de la medicin en referidas propiedades y caractersticas de flujos.3.BREVE INTRODUCCIN TERICA3.1TEMPERATURA. Los diferentes sistemas de medicin de temperatura se pueden clasificar segn el principio de operacin que utilicen. En particular, una clasificacin general permite establecer:

Bi-metlico.

Lquido en vidrio. Expansin

Lquido en metal.

Lleno de gas. De presin TERMOMETROS Lleno de vapor. De resistencia. Elctricos Termocuplas.

Radiacin Pirmetros pticos.

Las caractersticas de cada tipo en particular se pueden visualizar en la tabla siguiente.Tipo de termmetroPrincipiotiposCaractersticas

ExpansinUn slido, lquido o gas

se expande cuando son

calentadosLquido en vidrio

Lquido en metal

Bi-metlicos-200 a 500C

0 a 600C

0 a 400C

De presinEl aumento de temperatura causa un incremento de presin en el gas o vaporLlenos de gasLlenos de vapor-20 a 350Cidem(con longitudes hasta 60mt)

Elctricosa) Un cambio de temperatura produce un cambio de la fuerza electromotriz (f.e.m)b) La resistencia cambia en funcin de la temperaturaTermocuplasTermistores

y Termo resistores(segn caractersticas)Respuesta rpida -70C a 130C

-200 a 962C

RadiacinLa energa radiada del cuerpo de alta temperatura en un amplio espectro es captada por un fototransistorPirometros

TERMOPARES.

Un termopar utiliza el principio denominado efecto "Seebeck" (1812) en la que un circuito constituido por dos materiales diferentes X e Y es recorrido por una corriente elctrica "i" desde que los contactos o junciones p y q entre dos materiales estn a temperaturas diferentes T1 y T2 (figura 1).A pesar que en la realidad ocurren adicionalmente otros tres efectos, esto es el efecto Thomson, Peltier y Joule, el efecto Seebeck es predominante desde que se desprecia el efecto joule.

En 1821 T.J. Seebeck descubri el fenmeno de la termoelectricidad mencionado anteriormente con materiales de antimonio y cobre. En l, se observa que desde que la diferencia de temperatura T1 y T2 permanece constante la corriente tambin permanecer constante y la f.e.m asociada a esta corriente se denomina fuerza electromotriz(E) de Seebeck la que se utiliza para medir temperaturas.

En 1834 Jean C.A. Peltier, estableci que cuando una corriente fluye a travs de una juncin de dos metales, esta absorbe o libera calor donde el sentido de la corriente determina si el calor es liberado o absorbido (efecto reversible). Peltier y otros observaron que para una corriente dada, la tasa de absorcin o liberacin de calor en las juntas depende de la potencia termoelctrica dE/dT de los dos metales y es independiente de la forma y de las dimensiones de los metales en la juntas. Debe observarse que el efecto Peltier no debe ser confundido con el efecto de calentamiento de Joule que, siendo proporcional a la resistencia elctrica del circuito y al cuadrado de la corriente, depende de las dimensiones de los conductores y no necesita de metales diferentes el que adems es un fenmeno irreversible.En 1851, W. Thomson, sobre la base de argumentos termodinmicos y a partir del conocimiento de las caractersticas de los termopares concluye que la absorcin de calor (Peltier) en las juntas de dos metales diferentes no era el nico efecto trmico que ocurre en el circuito termoelctrico. De esta forma, concluye posteriormente, que los efectos de Peltier no eran los nicos efectos reversibles que existen en un circuito termoelctrico.

De lo anterior, puede plantearse el teorema fundamental de la termoelectricidad que establece que el efecto Peltier es la suma algebraica del efecto Peltier y Thomson.

TIPOS DE TERMOPARES.

La figura 2 presenta las respectivas caractersticas de respuesta de los termopares comnmente utilizados.

A pesar del amplio espectro de posibilidades, solamente algunos metales/aleaciones son utilizados debido a los siguientes factores:

- La relacin fuerza electromotriz trmica versus temperatura debe ser poseer buena linealidad y elevada sensibilidad.- Tener aplicabilidad en amplio rango de temperaturas.

- Ser resistente a la oxidacin y corrosin.

La clasificacin internacional realizada por la "Instrument Society of America-ISA" permite identificar los siguientes tipos especificados en la tabla 2.

Tabla 2: Clasificacin general de componentes y dimensiones de termopares. RANGOS DE UTILIZACIN

TIPO (ISA) ALEACIONES GRADOS (C) fem (mV) BSICAS

T Cobre/Constantan -200 a 400 -5.284 a 20.805J Fierro/Constantan -200 a 760 -7.52 a 50.05

K Cromel/Alumen -200 a 1260 -5.51 a 51.05

E Cromel/Constantan 0 a 980 0 a 75.12S Platina/Platina Rodio 10% 0 a 1540 0 a 15.979R Platina/Platina Rodio 13% 0 a 1590 0 a 18.636

B Pt 30% Rh 70% / Pt 6% Rh 94% 40 a 1800 .007 a 13.499PRESION

Los instrumentos capacitados para medir la presin pueden ser mencionados conforme a las siguientes tcnicas de medicin:

TIPO DESCRIPCION MODELOS

Este nombre es dado a un tipo Tubo simple en U.

Manmetro de medidor de presin, el cual De simple columna.

usa un lquido como medio de Inclinados.

medicin de la presin.

Medidor de A pesar que estos instrumentos De anillo

Desplazamiento contienen un lquido no se deno- equilibrado.

Mecnico minan manmetros porque el lquido Campana inver-

acta como un sello solamente y tida.

no es considerado en la ecuacin Doble campana.

de balance. Mc Leod.

Medidores de Todos los tipos de esta clase de Bourdon espiral.

Deformacin elstica. Medidores dependen exclusiva Bourdon helicoidal.

mente de las propiedades de De diafragma.

elasticidad y deformacin de sus

componentes.

Transductores Ante una variacin mecnica Tipo resistivo.Elctricos. como seal de entrada (presin) Tipo capacitivo.

ocurre una variacin proporcional De inductancia

de la seal de salida elctrica. Variable.

Tipo piezoelctrico. Strain gauges. Celdas de carga.

FLUJO

Una clasificacin de las tecnologas actualmente empleadas en la medicin del flujo puede encontrarse en la siguiente figura.

Figura 4: Clasificacin de las tecnologas de medicin de flujo.En cuanto a la utilizacin de lo medidores de flujo industriales ms conocidos. A continuacin se presenta un resumen de aplicacin bajo los siguientes puntos de vista: Segn flujo que miden Condiciones de operacin del fluido medido Requerimientos de instalacin Requerimientos generales METODOLOGA DE TRABAJOTEMPERATURA.

Identificacin y anlisis de los principios de operacin de los instrumentos a utilizar.Evaluacin del tiempo de respuesta de diferentes tipos de termometros y calibracin de estos.

Medicin de temperatura en diversos sistemas.

Anlisis de errores asociados a la medicin de temperatura.

PRESIONIdentificacin y anlisis de los principios de operacin de los instrumentos a utilizar.Medicin de la presin en diversos sistemas.

Anlisis de errores asociados a al medicin de presin.

FLUJO

Identificacin y anlisis de los principios de operacin de los instrumentos a utilizar.Tcnicas de montaje de los diferentes medidores de flujo para una adecuada medicin.

Medicin de flujo de gases y lquido.

Anlisis de errores asociados a la medicin de flujo.

TEMAS A EVALUARTeora de errores asociadas a mediciones bsicas.

Determinacin de la temperatura en termopares a partir de la medicin de la f.e.m.

Determinacin de la presin en sistemas con fluidos, gases y mecnicos.

Medicin de flujos en ductos. P1

P2

E

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