UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA
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FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA ELÉCTRICA
LABORATORIO DE ENERGÍA Y MAQUINAS TÉRMICAS O
ELECTRICIDAD
CURSO
LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA I
CATEDRÁTICO
ING. CIP. TEOBALDO JULCA OROZCO
PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 01
MEDICIÓN DE LA TEMPERATURA Y CALIBRACIÓN DE TERMÓMETROS
DATOS PERSONALES
CORONEL FERNÁNDEZ ANTHONY OMAR
CÓDIGO: 181869-E
CICLO: 2023 - 1
NOTA
FECHA
27 - 06 - 2023
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FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA
LABORATORIO Nº 01
MEDICIÓN DE TEMPERATURA Y CALIBRACIÓN DE TERMÓMETROS
I.
OBJETIVOS
-
Medir la temperatura a partir de instrumentos llamados termómetros (de
columna de Mercurio)
-
Calibrar los termómetros, a partir de la comparación de mediciones con
un termómetro patrón. (Termómetro Infrarrojo)
-
Identificar y analizar los errores de las mediciones, e indicar a que se debe,
ya sea por error de la medición del instrumento, o por las condiciones en
las que se está usando el mismo.
-
Plantear las correcciones necesarias para el mejoramiento de la precisión
del instrumento de medición, que para este ensayo es el termómetro.
II. FUNDAMENTO TEÓRICO
Antes de definir el marco teórico correspondiente al presente ensayo, el cual
consta de la definición y demás descripción de la TEMPERATURA Y
TEMOMETROS, se es necesario hacer un breve resumen de la teoría que
servirá de base para de aquí en adelante, los demás ensayos de laboratorio, el
cual consiste en los temas siguientes: Medición, calibración, errores, curvas
características y ajuste de curvas.
MEDICIÓN
La medición es un proceso básico de la ciencia que consiste en comparar un
patrón seleccionado con el objeto o fenómeno cuya magnitud física se desea
medir.
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Medición directa: La medida o medición diremos que es directa, cuando se
obtiene con un instrumento de medida que compara la variable a medir con un
patrón.
Medición indirecta: Es aquella en la que una magnitud buscada se estima
midiendo una o más magnitudes diferentes, y se calcula la magnitud buscada
mediante cálculo a partir de la magnitud o magnitudes directamente medidas.
CALIBRACIÓN
Calibración es simplemente el procedimiento de comparación entre lo que
indica un instrumento y lo que "debiera indicar" de acuerdo a un patrón de
referencia con valor conocido.
TEORÍA DE ERRORES
Cuando efectuemos una medición, no se logra obtener un valor exacto por
parte del instrumento, y esto se debe a que se pueden apreciar diversos factores
que impiden esto, los cuales son: el error debido a la falta de precisión del
instrumento y el error debido a las condiciones en que se usa el instrumento.
CÁLCULO DE ERRORES
Error absoluto: Es la diferencia entre el valor de la medida y el valor tomado
como exacto. Puede ser positivo o negativo, según si la medida es superior al
valor real o inferior (la resta sale positiva o negativa). Tiene unidades, las
mismas que las de la medida.
EA = VT − VP (ºC)
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EA : Error abosoluto.
VT : Valor medido (teorico).
VP : valor patrón (real).
Error relativo: Es el cociente entre el error absoluto y el valor exacto. Si se
multiplica por 100 se obtiene el tanto por ciento (%) de error. Al igual que el
error absoluto puede ser positivo o negativo (según lo sea el error absoluto)
porque puede ser por exceso o por defecto, no tiene unidades.
ER =
EA
× 100%
VP
ER : Error Relativo.
VP : Valor patrón.
EA : Error abosoluto.
Media (aritmética): Es la cantidad total de la variable distribuida a partes
iguales entre cada observación.
̅
X=
t1 + t 2 + t + ⋯ + t n
n
Varianza Muestral: mide el grado de variabilidad de los datos de la variable
con respecto al promedio.
S2 =
∑ni=1(Xi − ̅
X)2
n−1
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La Desviación Estándar Muestral: Se define como la raíz cuadrada de
la varianza. Mide el grado de dispersión de los datos de la variable con
respecto al promedio.
∑n (X − ̅
X)2
√S 2 = √ i=1 i
n−1
CURVAS CARACTERÍSTICAS
Curvas de error: Tiene como ordenada al error del instrumento que se ha
obtenido en cada medida, y como abscisa la lectura del instrumento.
Curva de corrección: es un gráfico en el cual se tiene como abscisa la lectura
del instrumento y en las ordenadas los valores que deben sumarse
algebraicamente a las lecturas para obtener el valor verdadero.
AJUSTE DE CURVAS
Las curvas serán ajustadas por medio de una recta y = a x + b la cual se
obtendrá por diferentes métodos existentes. Para los ensayos correspondientes
usaremos el método de los mínimos cuadrados.
Dicha recta debe de cumplir la condición de que los puntos experimentales
queden distribuidos simétricamente a ambos lados y lo más próximos posible
de la misma.
Expresión:
C(x, y) = ∑(yi − axi − b)2
Tenga un valor mínimo. Derivando respecto de a y b, y haciendo ambas
derivadas iguales a cero, tras una serie de operaciones, se obtiene:
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a=
b=
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N ∑ xi yi − ∑ xi ∑ yi ∑ xi yi − Nb
=
∑ xi 2
N ∑ xi 2 − (∑ xi )2
∑ xi 2 ∑ yi − ∑ xi ∑ xi yi ∑ yi − a ∑ xi
=
N ∑ xi 2 − (∑ xi )2
N
Si la recta hubiera de pasar por el origen de coordenadas, el problema se
simplifica notablemente, puesto que, al ser b = 0, resulta:
a=
∑ xi yi
∑ xi 2
Que proporciona directamente el valor de la pendiente de la recta.
1. TEMPERATURA
La temperatura es una magnitud referida a la noción de calor medible
mediante un termómetro.
En física, la temperatura se refiere a una magnitud utilizada para medir la
energía cinética de un sistema termodinámico, que se genera con los
movimientos de las partículas que son parte del sistema. A mayor movimiento,
aumenta la temperatura, mientras que, a menor movimiento, la temperatura
tiende a disminuir.
Las unidades de medida de temperatura son los grados Celsius (ºC), los grados
Fahrenheit (ºF) y los grados Kelvin (K). El cero absoluto (0 K) corresponde a
-273,15 ºC.
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2. TERMOMETRO
Se denomina termómetro a un instrumento cuya utilidad es medir la
temperatura, a través de diversos mecanismos y escalas. El más común de
estos mecanismos fue la dilatación, propiedad de ciertos materiales de
expandirse de cara a la presencia de calor, común entre los metales y
otras sustancias, como los alcoholes.
La invención del termómetro y su incorporación a la vida cotidiana fue un
acierto importante en el desarrollo tecnológico de la medicina (termómetro
clínico), ya que permitió la medición de la temperatura del cuerpo humano
y medir con precisión síntomas como la fiebre.
3. TIPOS DE TERMÓMETROS
a. Termómetro digital
Un termómetro digital es un dispositivo electrónico que sirve para medir la
temperatura corporal y detectar si una persona tiene fiebre. Para ello, cuenta
con un sistema de circuitos integrados que registran las variaciones de tensión
producidas en la piel, la boca o el oído y las transforman en un valor numérico.
Suelen ser muy comunes para aplicaciones muy diversas en el hogar,
medicina, industria; al ser económicos, rápidos, precisos y fáciles de usar.
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b. Termómetro infrarrojo
Un termómetro infrarrojo, también conocido como pirómetro, es un
instrumento que es capaz de medir la temperatura de un objeto sin tocarlo, a
partir de la medición del calor en forma de radiación que emite el objeto. Todo
objeto emite calor en forma de radiación llamada infrarroja, de hecho, es una
energía que no se puede ver, pero sí se puede sentir, coloca tu mano junto a
una olla caliente y sentirás la radiación infrarroja.
La configuración del termómetro convierte esa radiación en una señal eléctrica
que se ajusta a ciertos valores de calibración interna del mismo termómetro,
para finalmente desplegar un valor de temperatura en la pantalla digital,
dispone de un sensor que permite tomar la temperatura corporal con gran
precisión y rapidez manteniendo el sensor de 2 a 5 cm del centro de la frente,
es decir, sin necesidad de contacto con el cuerpo.
c. Termómetro de mercurio
Un termómetro de mercurio es un tipo de termómetro que generalmente se
utiliza para medir las temperaturas del material seleccionado. Termómetros
los hay de muchos tipos, pero quizás los más habituales sean o hayan sido los
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que contienen un líquido en su interior que se dilata o contrae con los cambios
de temperatura.
Cuando el mercurio en el interior del termómetro recibe calor, éste
experimenta una dilatación que hace que recorra el tubo del termómetro en el
que está contenido. Así, cuando el mercurio atraviesa la escala numérica,
podemos medir la temperatura.
d. Termómetros de gas
El termómetro de gas mide la temperatura por la variación del volumen o
la presión de un gas. El termómetro de gas de volumen constante es muy
preciso, tiene un margen de aplicación extraordinaria: desde -27 °C hasta 1487
°C. Pero es más complicado, por lo que se utiliza más bien como un
instrumento normativo para la graduación de otros termómetros.
Al igual que en el de mercurio: se eligen dos entornos de temperaturas
(ebullición y congelación de agua) se le asignan dos temperaturas (0 y 100 en
la escala Celsius), y se miden las presiones correspondientes.
El termómetro de gas a volumen constante se compone de una ampolla con
gas —helio, hidrógeno o nitrógeno, según la gama de temperaturas deseada—
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y un manómetro medidor de la presión. Se pone la ampolla del gas en el
ambiente cuya temperatura hay que medir, y se ajusta entonces la columna
de mercurio (manómetro) que está en conexión con la ampolla, para darle un
volumen fijo al gas de la ampolla. La altura de la columna de mercurio indica
la presión del gas. A partir de ella se puede calcular la temperatura.
III.
MÉTODO DE EXPERIMENTACIÓN:
3.1.
Materiales, equipos e instrumentos
• 01 Mesa de Trabajo.
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• 01 termómetros de columna de mercurio
• 01 termómetros infrarrojo
• 01 calentador eléctrico de Laboratorio
• 01 recipientes para fluido de trabajo
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• Lubricante, agua
IV.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
i.
Verificar que todos los equipos y herramientas se encuentren en la mesa
de trabajo, según la lista de materiales.
ii.
Primero hacemos la medición de la temperatura del ambiente: temperatura
de bulbo seco, bulbo húmedo y la humedad relativa.
iii.
Seleccionar el termómetro patrón, en este caso será el termómetro
infrarrojo (Fluke 568 IR).
iv.
Una vez seleccionado el patrón, colocamos los demás termómetros a
calibrar (dos termómetros de mercurio).
v.
Se echa el líquido al recipiente de metal, en este caso es agua.
vi.
Encendemos el calentador eléctrico.
vii.
Se empieza a tomar las lecturas del termómetro patrón cada 5ºC a partir de
la temperatura de 35ºC hasta 80ºC, tomando apunte de todas las lecturas
de todos los termómetros a calibrar.
viii.
Se deberá tomar las lecturas del Termómetro patrón y dos medidas más T1
y T2.
ix.
Al finalizar las lecturas se procede a sacar los termómetros.
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x.
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Se tomarán las medidas y apuntes posibles de los resultados obtenidos en
las mediciones lo cual permitirá el llenado del siguiente cuadro N°01.
xi.
Al concluir, debemos dejar los materiales y equipos en el orden que los
encontramos.
V. DATOS EXPERIMENTALES

Temperatura de bulbo seco: 28,1 °C.

Temperatura de bulbo húmedo: 25 °C.

Humedad relativa: 53%.

Presión: 1 ATM.
Los datos que se han apuntado, se presentan en la tabla siguiente:
Tabla 1 Mediciones tomadas en los 3 termómetros (T. Patrón, T1 y T2)
PUNTOS
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
CUADRO DE TEMPERATURA
TEMPERATURA (°C)
T. PATRÓN
T1
35
36
40
41
45
46
50
50.5
55
56
60
61.1
65
64.8
70
69.7
75
75
80
79
T2
35.8
41
45.4
51
55.1
61.2
64
69
74.5
79
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VI. CÁLCULOS Y RESULTADOS
A) CÁLCULOS:
a) Error Absoluto:
𝐸𝑎 = 𝑉𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉𝑒𝑥𝑎𝑐𝑡𝑜
b) Error Relativo:
𝐸𝑟 =
𝐸𝑎
𝑥100
𝑥
c) Media:
∑𝑁
𝑖=1 𝑋𝑖
𝑥̅ =
𝑁
d) Varianza:
𝑉𝑎𝑟(𝑋) =
∑𝑛𝑖(𝑥𝑖 − 𝑥̅ )2
𝑛
e) Desviación estándar:
𝑆=√
∑𝑖(𝑥𝑖 − 𝑥̅ )2
𝑛
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B) RESULTADO
a) RESULTADOS DE LOS CÁLCULOS
Tabla 2 Resultados de los cálculos
TABLA DE VALORES Y DATOS MEDIDOS
TEMPERATURAS (ºC)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
T.
PATRON
(ºC)
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
ERROR
RELATIVO
(%)
T1
(ºC)
T2
(ºC)
T1
(ºC)
T2
(ºC)
T1
(ºC)
T2
(ºC)
36
41
46
50.5
56
61.1
64.8
69.7
75
79
35.8
41
45.4
51
55.1
61.2
64
69
74.5
79
1
1
1
0.5
1
1.1
0.2
0.3
0
1
0.8
1
0.4
1
0.1
1.2
1
1
0.5
1
2.857
2.500
2.222
1.000
1.818
1.833
0.308
0.429
0.000
1.250
2.286
2.500
0.889
2.000
0.182
2.000
1.538
1.429
0.667
1.250
VARIANZA
MEDIA
(ºC)
DESVIACION
ESTANDAR
(ºC)
0.020
0.000
0.180
0.125
0.405
0.005
0.320
0.245
0.125
0.000
23.933
27.333
30.467
33.833
37.033
40.767
42.933
46.233
49.833
52.667
0.141
0.000
0.424
0.354
0.636
0.071
0.566
0.495
0.354
0.000
b) CURVAS DE CALIBRACIÓN Y AJUSTE
Tabla 3 Calibración y ajuste T1
Curva de Calibracion y Ajuste T1
90
80
70
Tº PATRON (ºC)
Nº de
medición
ERROR
ABSOLUTO
(ºC)
y = 1,0002x - 1,3114
R² = 0,999
(Metodos de Minimos Cuadrados)
79, 80
75, 75
69.7, 70
64.8, 65
61.1, 60
56, 55
50.5, 50
46, 45
41, 40
36, 35
60
50
40
Curva de Calibracion
Curva de Ajuste
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
T1 (ºC)
60
70
80
90
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Tabla 4 Calibración y ajuste T2
Curva de Calibracion y Ajuste T2
90
80
Tº PATRON (ºC)
70
y = 1,0566x - 2,513
R² = 0,9989
(Metodo de minimos Cuadrados)
60
79, 80
74.5, 75
69, 70
64, 65
61.2, 60
55.1, 55
51, 50
45.4, 45
41, 40
35.8, 35
50
40
30
Curva de Calibracion
Curva de ajuste
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
T2 (ºC)
c) CURVAS DE ERROR
Tabla 5 Curva de error T1
Curva de error T1
ERROR ABSOLUTO (ºC)
2
56, 1
1
46, 1 61.1, 1.1
36, 1
41, 1
79, 1
Curva de error
50.5, 0.5
64.8, 0.2
69.7,75,
0.30
0
0
10
20
30
40
50
Tº 1 (ºC)
60
70
80
90
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Tabla 6 Curva de error T2
Curva de Error T2
ERROR ABSOLUTO (ºC)
2
41, 1
51, 69,
1 1
61.2, 64,
1.2 1
1
79, 1
Curva de Error
35.8, 0.8
45.4, 0.4
74.5, 0.5
55.1, 0.1
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Tº 2 (°C)
d) CURVAS DE CORRECCIÓN
Tabla 7 Curva de corrección T1
Curva de Corrección T1
ERROR RELATIVO (%)
3.000
36, 2.857
41, 2.500
2.000
46, 2.222 56, 1.818
61.1, 1.833
50.5, 1.000
79, 1.250
1.000
64.8,
75,0.308
0.000
69.7, 0.429
0.000
0
10
20
30
40
50
Tº 1 (ºC)
60
70
80
90
Curva de correccion
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Tabla 8 Curva de corrección T2
Curva de Corrección T2
ERROR RELATIVO (%)
3.000
41, 2.500
35.8,
2.286
2.000
51, 2.000
61.2, 2.000
69, 1.429
64, 1.538
79, 1.250
45.4, 0.889
1.000
Curva de Correccion
74.5, 0.667
55.1, 0.182
0.000
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Tº 2 (ºC)
VII.CUESTIONARIO
a) ¿Qué instrumento presenta mayores errores y por qué?
Observando las curvas de error para ambos termómetros podemos decir que el
termómetro con más errores es el Termómetro N°1. Existen muchas posibilidades
de cuál es la razón por la que el termómetro 1 tiene mayor error que el termómetro
2, puede ser una falla del termómetro o falla al momento de la medición, es decir,
quizá el termómetro chocó en el recipiente lo cual hace que afecte en la medición.
b) ¿Se puede afirmar que a mayor temperatura el % de error relativo
decrece?
En las mediciones y cálculos obtenidos podemos decir que nos encontramos en
dos situaciones, en el termómetro 1 el error relativo aumenta si la temperatura
aumenta, pero en el caso del termómetro 2 sucede lo contrario, al aumentar la
temperatura el error decrece.
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c) ¿Cuáles son los instrumentos que más se acerca a la temperatura Patrón?
Hicimos uso de 2 termómetros de mercurio, llamados Termómetro N°1 y
Termómetro N°2. Se puede afirmar que el Termómetro N°2 arrojó resultados más
precisos comparándolo con el termómetro patrón.
d) ¿La calibración asegura el correcto funcionamiento de un instrumento de
medición?
No, la calibración consiste en la comparación con otro equipo más preciso
denominado patrón, para estimar su exactitud (corrección) y precisión
(incertidumbre), o lo que es lo mismo, determinar su comportamiento en la
medición.
VIII. CONCLUSIONES
-
Las curvas de errores han arrojado que existe error, pero con una pequeña
diferencia entre los termómetros.
-
Los termómetros utilizados para la elaboración del presente ensayo fueron
termómetros de mercurio.
-
Las mediciones se efectuaron en un rango de cada 5 grados de temperatura,
tomados en el termómetro patrón desde 35 °C hasta 80 °C.
-
El termómetro infrarrojo nos da resultados con mayor exactitud y
precisión.
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IX.
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OBSERVACIONES

Se pudo observar el comportamiento de los equipos de medición usados en la
práctica de laboratorio como por ejemplo los termómetros.

Con la medición pudimos observar que existen errores en algunas de las
medidas tomadas.
X.

RECOMENDACIONES
Tener mucho cuidado con los instrumentos ya que los termómetros son muy
delicados y pueden quebrarse fácilmente.

Sacudir con precaución los termómetros para que nos brinden las medidas exactas.

Comprobar que los termómetros usados solo estén en contacto con el fluido.
XI.

BIBLIOGRAFÍA
https://www.tplaboratorioquimico.com/laboratorio-quimico/materiales-einstrumentos-de-un-laboratorio-quimico/termometro.html

https://www.labprocess.es/blog/termometro-de-laboratorio-historia-y-tipos

https://www.significados.com/temperatura/

https://omronhealthcare.la/Blog/contenido/conoce-los-diferentes-tipos-determometros-y-sus-usos

https://medicoplus.com/ciencia/tipos-de-termometros
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XII.
FOTOS ANEXAS
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