Construcción de un termómetro digital para calorimetría

Facultad de Ciencias Agropecuarias y Recursos Naturales.Universidad de los Llanos, Villavicencio – Colombia

Resumen

Para la construccion de un termometro digital se realizo como primera parte el montaje de un circuito para un termometro implementando materiales muy sencillos y se realizo una calibracion al termometro para comprobar que tanta precision tiene y asi poder emplearlo en medidas calorimetricas. Palabras cables :Temperatura, presion atmosferica, multimetro , LM35 , Sydney Young

Introduccion

Circuito integrado LM35

El LM35 es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC y un rango que abarca desde -55º a +150ºC.

El sensor se presenta en diferentes encapsulados pero el más común es el to-92 de igual forma que un típico transistor con 3 patas, dos de ellas para alimentarlo y la tercera nos entrega un valor de tensión proporcional a la temperatura medida por el dispositivo. Con el LM35 sobre la mesa las patillas hacia nosotros y las letras del encapsulado hacia arriba tenemos que de izquierda a derecha los pines son: VCC - Vout - GND.

La salida es lineal y equivale a 10mV/ºC por lo tanto:

+1500mV = 150ºC +250mV = 25ºC -550mV = -55ºC

Para hacernos un termómetro lo único que necesitamos es un voltímetro bien calibrado y en la escala correcta para que nos muestre el voltaje equivalente a

temperatura. El LM35 funciona en el rango de alimentación comprendido entre 4 y 30 voltios.

Podemos conectarlo a un conversor Analógico/Digital y tratar la medida digitalmente, almacenarla o procesarla con un µControlador o similar.

Presión atmosférica

La presión atmosférica se origina debido al peso del aire que actúa sobre todo cuerpo ubicado en la superficie terrestre. Esta presión se manifiesta con la misma intensidad en todas las direcciones, en un lugar determinado.

El instrumento que mide la presion atmosferica se llama barómetro, debido a lo cual también se le denomina presion barometrica. El valor de esta presión al nivel del mar y 0°C fue calculada por Evangelista Torricelli en 1643, para ello utilizó un tubo graduado de vidrio de 90 cm de longitud y 1 cm2 de sección transversal, el cual se llenó completamente de mercurio expulsando previamente las burbujas de aire, luego se introdujo en posición invertida en una cubeta que también tenia mercurio, observándose una diferencia de niveles de mercurio de 76 cm. Este valor es constante para cualquier ciudad que se encuentre al nivel del mar y es denominada presión atmosférica normal.

Patm = 760 mmHg = 1 atm = 101.3 KPa = 14,7 Psi = 10,33 mmH2O

La presión atmosférica va disminuyendo conforme aumenta la altitud de un lugar respecto al nivel del mar, esto ocurre porque en lugares muy altos la columna de aire que ejerce presión también disminuye.

La presión atmosférica influye directamente en la temperatura de ebullición de líquidos. Así por ejemplo el agua hierve a menos de 100°C en las alturas y a nivel del mar lo hace a 100°C. También influye en la presión arterial, por lo tanto, en el funcionamiento del corazón. En las alturas el corazón late con mayor frecuencia para impulsar la sangre debido a que la presión atmosférica disminuye y las arterias aumentan su volumen. (1,2)

Multimetro

El multímetro es un instrumento de medición que funciona de acuerdo a la fuerza que se produce entre un campo magnético y una bobina de alambre que conduce una corriente eléctrica, este dispositivo eléctrico se conoce como galvanómetro. Un multímetro analógico consiste básicamente en un galvanómetro sobre el cual se coloca una aguja que recorre una escala e indica

el valor de las mediciones. El multímetro puede medir voltaje, corriente y resistencia eléctrica, esto depende de la manera como está conectado el galvanómetro dentro del multímetro.

El Multímetro se utiliza para medir diferentes acciones de los electrones en los componentes eléctricos y electrónicos. Con este instrumento podrás medir "resistencia", "corriente", y "tensión eléctrica".

Se presentan en una caja protectora, de tamaño no mayor de 25 pulgadas cúbicas.

Proveen dos terminales cuya polaridad se identifica mediante colores: Negro (-) y Rojo (+).

En las medidas de corriente directa (CD), la polaridad de los terminales debe ser observada para conectar apropiadamente el instrumento. Esta precaución no es necesaria para las medidas de corriente alterna (CA).

Poseen una llave selectora para elegir el tipo de medida a realizar. Están diseñados para hacer medidas de "resistencia", "corriente", y "tensión eléctrica" .

La medida de precaución mas importante es que en las medidas de tensión y corriente se debe observar las escalas. Es conveniente utilizar siempre la escala mayor en la primera medida, luego la corregimos si es necesario.

Reactivos y materiales

Agua Hielo Aceite mineral Acetona Eter dietilico Circuito Integrado LM35 Multimetro Digital Pila 9V Broche 9V Cable polarizado duplex 2x22 2 Bananas macho Tubo de vidrio 0.6 x 12 cm aprox. Soldadura Termoencogible o cinta aislante Encendedor Barras de silicona Cautín

Pistola de silicona Plancha de calentamiento 2 Balones redondos de dos bocas 1 condensador 1 corcho con orificio para termometro Pinzas, Nueces Soporte univeral Mangeras 1 vaso de 600 mL

Elaboración del termómetro digital

Tomar el circuito integrado LM35 y separar levemente las patas del circuito para facilitar el proceso de soldadura, seguidamente poner el circuito sobre la mesa de trabajo, las patillas hacia nosotros y las letras del encapsulado hacia arriba, de esta manera podemos ubicar de izquierda a derecha que los pines son: VCC - Vout – GND. Tomar un cable polarizado dúplex de aproximadamente 50cm, soldar un extremo a una banana macho (preferiblemente usar una banana de color negro) y el otro extremo al pin GND del LM35 (usar termoencogible o cinta aislante para proteger las soldaduras), en este cable dúplex hacer un empalme (derivación simple o cola de rata) en la mitad del cable que conecte con el broche de 9V, asegurarse de conectar al cable correcto, en este caso conectar al cable de color negro ya que este color usualmente se usa para identificar el conducto de carga negativa, asegurarse de soldar bien. Tomar otro cable dúplex de aproximadamente 40cm y soldar una punta al correspondiente pin VCC y el otro extremo al cable restante el broche de 9V, preferiblemente usar otro color de cable dúplex para distinguir el conducto de la carga, en este paso el conducto de carga positiva. Tomar otro cable dúplex de aproximadamente 50cm y soldar un extremo al pin restante (Vout) del circuito LM35 y el otro extremo a una banana macho (preferiblemente usar una banana de color rojo).

Verter aceite mineral en el tubo de vidrio e introducir el circuito integrado LM35, asegurarse que el circuito integrado LM35 este sumergido en el aceite mineral. Sellar el tubo de vidrio con silicona. Finalmente conectar la pila de 9V al broche y las bananas al multimetro digital, asegurarse de conectar la banana correspondiente al color rojo en la terminal positiva (identificada con las letras VΩmA) y la banana correspondiente al color negro en la terminal negativa (identificada con las letras COM, usualmente es la terminal inferior con respecto a las demás).

Calibración

Para asegurarse del funcionamiento del termometro se pone a prueba al medir la temperatura de ciertas sustancias, utilizamos sustancias con puntos de ebullicion y congelacion conocidas. Las sustancias implementadas fueron eter dietilico en ebullicion, acetona en ebullicion, agua en ebullicion y agua con hielo.