8-3-2025
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ESP 1: Revisión
bibliográfica sobre técnicas
termométricas
Termometría
Maestra: Leticia López Álvares
Alumno: María Dayana Jazmín
Hernández Sierra
Grupo: FLEX2501
Fecha: 08/03/2025
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Termometría: Medición de la Temperatura y Técnicas de Análisis Térmico, Resúmenes de Termodinámica
Este documento proporciona una introducción a la termometría, la medición de la temperatura utilizando termómetros. Explora diferentes tipos de termómetros, incluyendo termómetros de mercurio, alcohol, infrarrojos y termopar. También se analizan técnicas de análisis térmico como el análisis termogravimétrico (tga) y la calorimetría diferencial de barrido (dsc), que se utilizan para estudiar las propiedades térmicas de los materiales. Se incluyen ejemplos de aplicaciones en diversas industrias, como la farmacéutica, la metalúrgica y la alimentaria.
Tipo: Resúmenes
2024/2025
1 / 22
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ESP 1: Revisión
bibliográfica sobre técnicas
termométricas
Termometría
Maestra: Leticia López Álvares
Alumno: María Dayana Jazmín
Hernández Sierra
Grupo: FLEX
Fecha: 08 /03/
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LISTA DE COTEJO PARA TRABAJOS DE INVESTIGACIÓN
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN Nombre(s) del alumno(s) y/o Equipo: María Dayana Jazmín Hernández Sierra Firma del alumno(s): Producto: 8 Nombre del Trabajo de Investigación: ESP 1: Revisión bibliográfica sobre técnicas termométricas Fecha: 08 /0 3 / Asignatura: Termometría Grupo: FLEX Periodo cuatrimestral: Enero- Abril Nombre del Docente: Leticia López Álvarez Firma del Docente: INSTRUCCIONES Revisar las características que se solicitan y califique en la columna “Valor Obtenido” el valor asignado con respecto al “Valor del Reactivo”. En la columna “OBSERVACIONES” haga las indicaciones que puedan ayudar al alumno a saber cuáles son las condiciones no cumplidas. Valor del reactivo Característica a cumplir (Reactivo) Valor Obtenido OBSERVACIONES 5% Es entregado puntualmente. Hora y fecha solicitada (indispensable) 10% Presentación (Portada/Índice/Introducción/Paginado/Títulos y Subtítulos) y Limpieza del trabajo 5% Ortografía Desarrollo 5% Planteamiento del problema y justificación 5% Determinación del los objetivos tanto general como específicos y desarrollo de los mismos. 20% Lógica de desarrollo del trabajo de investigación y congruencia con los objetivos 10% Calidad de la Redacción y sintaxis del texto 20% Originalidad de la redacción 10% Resultados y Conclusiones 10% Bibliografía. Anexos y referencias 100 % CALIFICACIÓN:
- - - - - Ilustraciones Contenido
- Ecuaciones
- Termpmetria
- ¿Qué es la temperatura?
- Escalas de la temperatura
- La escala Celsius.
- La escala Fahrenheit.
- La escala Kelvin.
- La escala Rankine.
- ¿Cómo se mide la temperatura?
- Dilatación y contracción.
- Variación de resistencia eléctrica.
- Termómetro de radiación térmica.
- Potencial termoeléctrico.
- Tipos de temperatura
- La temperatura ambiente.
- La temperatura del cuerpo.
- La temperatura seca.
- La temperatura radiante.
- La temperatura húmeda.
- Escalas de la temperatura
- Técnicas Termométricas
- tipos de termómetros
- Termómetro de mercurio
- Termómetro de alcohol
- Termopar........................................................................................................
- Termómetro infrarrojo.....................................................................................
- Termómetro de resistencia.............................................................................
- tipos de termómetros
- Análisis termogravimétrico
- ¿Cómo se inventó el TGA?................................................................................
- ¿Cómo funciona un análisis termogravimétrico? - - - -
- Importancia industrial:
- Industria farmacéutica:
- Industria del plástico:..................................................................................
- Fabricación y procesamiento de alimentos:
- Analizador Térmico Diferencial (DTA)
- Principios de Funcionamiento del DTA
- Diferencias entre DTA y DSC
- DTA
- DSC................................................................................................................
- Aplicaciones del Analizador Térmico Diferencial
- Industria Farmacéutica
- Ciencia de Materiales
- Industria de Polímeros y Plásticos
- Análisis de Minerales y Geología
- Industria Alimentaria...................................................................................
- DSC Calorimetría Diferencial de Barrido
- ¿Cómo funciona la calorimetría diferencial de barrido DSC?
- Aplicaciones de la DSC
- Investigación farmacéutica:
- Producción alimentaria:
- Investigación polimérica:
- Investigación de materiales:
- Análisis Termo Mecánico (TMA)
- ¿Qué es el Análisis Termomecánico?
- Principios Funcionales
- Colector de datos:
- Sistema de sujeción:
- Control de temperatura:
- Aplicador de fuerza:
- Aplicaciones del TMA
- Ecuaciones relevantes
- Bibliografía
- Ilustración 1 Temperatura Ilustraciones
- Ilustración 2 Escala Celsius
- Ilustración 3 Escala Fahrenheit
- Ilustración 4 Escala Kelvin
- Ilustración 5 Escala Rankine
- Ilustración 6 Dilatación y Contracción
- Ilustración 7 Variación de Resistencia Eléctrica
- Ilustración 8 Termómetro de Radiación Térmica
- Ilustración 9 Potencial Termoeléctrico
- Ilustración 10 Temperatura Ambiente
- Ilustración 11 Temperatura del Cuerpo
- Ilustración 12 Temperatura Seca
- Ilustración 13 Temperatura Radiante
- Ilustración 14 Temperatura Húmeda
- Ilustración 15 Termómetro de Mercurio
- Ilustración 16 Termómetro de Alcohol
- Ilustración 17 Termopar
- Ilustración 18 Termómetro Infrarrojo
- Ilustración 19 Termómetro de Resistencia
- Ilustración 20 Marcus Vitruvius
- Ilustración 21 Analizador Termogravimétrico
- Ilustración 22 Dispositivos TGA
- Ilustración 23 Analizador Térmico Diferencial
- Ilustración 24 Calorimetría Diferencial de Barrido
- Ilustración 25 DSC
- Ilustración 26 Análisis Termo Mecánico
- Ecuación 1 TMA Ecuaciones
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La escala Fahrenheit. Es la medida utilizada en la mayoría de los países de habla inglesa. En esta escala, el punto de congelación del agua ocurre a los 32 °F (treinta y dos grados Fahrenheit) y su punto de ebullición a los 212 °F. La escala Kelvin. Es la medida que suele utilizarse en ciencia y establece el “cero absoluto” como punto cero, lo que supone que el objeto no desprende calor alguno y equivale a - 273,15 °C (grados centígrados). La escala Rankine. Es la medida usada comúnmente en Estados Unidos para la medición de temperatura termodinámica y se define al medir los grados Fahrenheit sobre el cero absoluto, por lo que carece de valores negativos o bajo cero.
¿Cómo se mide la temperatura?
La temperatura se mide mediante magnitudes termométricas, es decir, diferentes unidades que representan la temperatura a distintas escalas. Para eso se emplea un dispositivo llamado “termómetro” del que existen varios tipos dependiendo del fenómeno que se necesite medir, por ejemplo: Ilustración 3 Escala Fahrenheit Ilustración 4 Escala Kelvin Ilustración 5 Escala Rankine
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Dilatación y contracción. Existen termómetros para medir los gases (termómetro de gas a presión constante), los líquidos (termómetro de mercurio) y los sólidos (termómetro de columna líquida o bimetálico), que son elementos que se expanden con temperaturas altas o se contraen con temperaturas bajas. Variación de resistencia eléctrica. Las resistencias eléctricas, es decir, los flujos de electrones que se mueven a través de un material conductor, varían según la temperatura que adquieren. Para su medición se emplean termómetros de resistencia eléctrica como los sensores (en base a una resistencia capaz de transformar la variación eléctrica en una variación de temperatura) y los termoeléctricos (que generan fuerza motriz). Termómetro de radiación térmica. Los fenómenos de radiación emitidos en el sector industrial pueden ser medidos mediante sensores de temperatura como los pirómetros infrarrojos (para medir temperaturas muy bajas de refrigeración) y los pirómetros ópticos (para medir altas temperaturas de hornos y metales de fusión). Potencial termoeléctrico. La unión de dos metales diferentes que se someten a temperaturas distintas entre sí, genera una fuerza electromotriz que se convierte en potencial eléctrico y que se mide en voltios. Ilustración 6 Dilatación y Contracción Ilustración 7 Variación de Resistencia Eléctrica Ilustración 8 Termómetro de Radiación Térmica Ilustración 9 Potencial Termoeléctrico
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La temperatura radiante. Es la temperatura de las superficies y paredes de un entorno cerrado y se mide a través de un termómetro de bulbo. La temperatura húmeda. Es la temperatura que mide un termómetro ubicado en la sombra, con su bulbo envuelto con algodón húmedo y ubicado bajo una corriente de aire. A través de este sistema, el agua del algodón se evapora y se absorbe el calor, lo que genera una disminución de la temperatura que capta el termómetro respecto a la temperatura del ambiente. Esto da como resultado una medida de la humedad del aire que se utiliza para medir la sensación térmica.
Técnicas
Termométricas
Los métodos termométricos son técnicas utilizadas para medir la temperatura de una sustancia o un sistema. Estos métodos se pueden aplicar en diferentes campos, como la química, la física, la ingeniería, entre otros. La medición de la temperatura es esencial en muchos procesos industriales y científicos, por lo que conocer los métodos termométricos es crucial para garantizar la precisión y fiabilidad de los resultados obtenidos. En este artículo, se explorarán los principales métodos termométricos utilizados en la actualidad. Ilustración 13 Temperatura Radiante Ilustración 14 Temperatura Húmeda
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tipos de termómetros
Los termómetros son instrumentos que se utilizan para medir la temperatura de una sustancia o ambiente. Existen diferentes tipos de termómetros, cada uno con sus propias características y aplicaciones. Termómetro de mercurio Este es uno de los termómetros más comunes. Funciona mediante la expansión del mercurio dentro de un tubo de vidrio. El mercurio se expande cuando se calienta y se contrae cuando se enfría, permitiendo medir la temperatura. Termómetro de alcohol Este tipo de termómetro funciona de manera similar al de mercurio, pero utiliza alcohol en lugar de mercurio. El alcohol se expande y contrae para medir la temperatura. Termopar Este tipo de termómetro mide la diferencia de voltaje entre dos metales diferentes. El voltaje varía en función de la temperatura, lo que permite medir la temperatura. Ilustración 15 Termómetro de Mercurio Ilustración 16 Termómetro de Alcohol Ilustración 17 Termopar
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¿Cómo se inventó el TGA?
Como muestran los registros históricos, la primera referencia sobre cambios físicos inducidos térmicamente en una sustancia fue proporcionada hace más de 2. años por Marcus Vitruvius , un arquitecto e ingeniero romano. Siglos después, el trabajo de Lavoisier (siglo XVIII) en el campo del análisis de combustión allanó el camino para la futura instrumentación analítica térmica. A principios del siglo XIX, Talabot diseñó un termobalance para verificar la calidad del material de seda, así como para la determinación cuantitativa de la humedad dentro de una sustancia. W.H. desarrolló un balance de haz de cuarzo para el análisis termogravimétrico. Sin embargo, el término de termobalance fue acuñado por K. Honda en 1915. Los dispositivos posteriores incluyeron el Statmograph de Skramowsky y el primer equipo comercializado de análisis térmico con aplicaciones electromagnéticas, que se desarrolló en Francia en 1953. Unos años más tarde, otro aparato TGA o Derivatograph fue inventado por científicos húngaros que también podrían usarse con el propósito de mediciones calorimétricas y dilatométricas. Hoy en día, se han fabricado muchos dispositivos sofisticados y versátiles para el análisis termogravimétrico que tienen un uso abundante en esta era industrial.
¿Cómo funciona un análisis
termogravimétrico?
El aparato de termogravimetría consiste en un equilibrio físico que contiene una bandeja, hecha de material resistente al calor (platino o alúmina). La bandeja contiene el objeto de muestra que está sujeto a temperaturas de hasta 1000 ° C o incluso más. Durante todo el procedimiento de calentamiento, la atmósfera del horno se mantiene por el influjo de una mezcla gaseosa inerte u oxidativa. El gas sale del horno a través de un orificio de salida. Antes de que comience el análisis, el equilibrio físico se establece en una posición nula. Cualquier Ilustración 20 Marcus Vitruvius Ilustración 21 Analizador Termogravimétrico
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disminución en la masa de la muestra inicial “m1” conduce a una alteración en el nivel nulo del equilibrio físico. Esto inicia un mecanismo de corriente eléctrica a través de fotodiodos, lo que hace que la balanza vuelva a su posición nula. La cantidad de corriente eléctrica utilizada para restablecer el equilibrio a su nivel inicial depende del grado de reducción de masa (que ahora es “m2”). Por lo tanto, el cambio en la masa (m1 – m2) se puede cuantificar y los datos se pueden enviar al software de la computadora. Esto permite el cálculo de un análisis gráfico de la disminución de la masa de la muestra en función del aumento de la temperatura donde la masa de la muestra se representa gráficamente frente a la temperatura. La presentación gráfica puede representar los siguientes aspectos:
- Sin cambios en la masa de la muestra
- Disminución constante de la masa seguida de una meseta; pérdida de contenido de humedad
- Descomposición de masa en una o varias etapas (apariencia de escalera de mano)
- Aumento de la masa; reacción oxidativa Los diferentes dispositivos TGA varían con respecto al diseño del equilibrio físico, la capacidad de la bandeja, el rango de temperatura del horno, etc. Se puede usar TGA para determinar las siguientes propiedades de una muestra de prueba:
- Descomposición térmica
- Contenido de humedad
- Concentración solvente de una solución
- Contenido de plastificante y relleno
- Estabilidad oxidativa El método de Análisis Térmico Diferencial puede usarse para comparar cambios térmicos en una sustancia de prueba versus un material de referencia inerte, mientras que las temperaturas de ambos se monitorean cuidadosamente por medio de termopar.
Importancia industrial:
Actualmente, TGA participa en una serie de campos industriales, algunos de los cuales se dan a continuación: Ilustración 22 Dispositivos TGA
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metalúrgica, plásticos, cerámica y alimentos debido a su capacidad para caracterizar materiales con alta precisión.
Principios de Funcionamiento del DTA
El funcionamiento del DTA se basa en la medición de la diferencia de temperatura entre una muestra y una referencia inerte mientras ambas son sometidas a la misma rampa de registradas pueden indicar eventos térmicos, como:
- Fusiones y cristalizaciones : Importante en la industria farmacéutica y metalúrgica.
- Transiciones de fase : Común en el análisis de polímeros y cerámicas.
- Reacciones exotérmicas y endotérmicas : Claves en el estudio de reacciones químicas y estabilidad térmica de materiales.
Diferencias entre DTA y DSC
El DTA es a menudo comparado con la Calorimetría Diferencial de Barrido ( DSC , por sus siglas en inglés). Aunque ambas técnicas analizan transiciones térmicas, presentan diferencias fundamentales: DTA mide la diferencia de temperatura entre muestra y referencia, pero no cuantifica el flujo de calor. DSC proporciona información cuantitativa sobre el flujo de calor asociado con los eventos térmicos. Por esta razón, el DSC es preferido en estudios donde se necesita conocer la energía involucrada en la transición térmica, mientras que el DTA es más adecuado para la identificación cualitativa de eventos térmicos.
Aplicaciones del Analizador Térmico
Diferencial
- Industria Farmacéutica El DTA es clave para la caracterización de fármacos y excipientes, ayudando a determinar su estabilidad térmica, punto de fusión y posibles interacciones entre compuestos.
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- Ciencia de Materiales Permite analizar la composición de materiales, detectar impurezas y comprender la estabilidad térmica de cerámicas, polímeros y metales.
- Industria de Polímeros y Plásticos Se usa para identificar transiciones de fase, degradación térmica y estabilidad térmica de los materiales plásticos.
- Análisis de Minerales y Geología Ayuda en la identificación de fases minerales y en el estudio de reacciones endotérmicas y exotérmicas en muestras geológicas.
- Industria Alimentaria El DTA se aplica en el estudio de grasas y aceites para determinar su comportamiento térmico, permitiendo el desarrollo de productos con mejores propiedades físicas y químicas.
DSC Calorimetría
Diferencial de Barrido
La calorimetría diferencial de barrido (DSC, por sus siglas en inglés) es una técnica analítica utilizada en química para medir las propiedades térmicas de una muestra. Es especialmente útil para el estudio de polímeros, materiales cerámicos y metales, ya que permite conocer su comportamiento ante la temperatura, el calor y otros procesos térmicos.
¿Cómo funciona la calorimetría diferencial
de barrido DSC?
La DSC se basa en el principio de los cambios en la energía térmica en donde una muestra produce un flujo de calor detectable. Este flujo de calor se mide comparando la cantidad de calor absorbido o emitido por la muestra en comparación con un material de referencia durante un proceso de calentamiento o enfriamiento. Al someter una muestra a un cambio de temperatura controlado, la energía térmica de Ilustración 24 Calorimetría Diferencial de Barrido
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polímeros y la evaluación de la estabilidad de alimentos y productos farmacéuticos. Por ejemplo, en la industria farmacéutica, la DSC se utiliza para determinar la pureza de los ingredientes activos, la estabilidad de los medicamentos y la compatibilidad entre los excipientes y el principio activo. En el campo de los polímeros, la DSC se emplea para estudiar la transición vítrea, es decir, la temperatura a la cual un polímero cambia de un estado sólido rígido a uno más flexible y plástico. También se utiliza para analizar la cristalinidad de los polímeros y para evaluar su estabilidad térmica. Algunas de las áreas comunes de aplicación son: Investigación farmacéutica: La DSC se utiliza para estudiar la estabilidad de las drogas, detectar la presencia de impurezas, investigar la formabilidad de un medicamento y para estudiar la estabilidad de las formulaciones farmacéuticas. Producción alimentaria: Se utiliza en la producción de alimentos para estudiar la reología de las grasas, aceites y chocolates. También se utiliza para determinar los efectos de los aditivos alimentarios sobre las propiedades físicas de los alimentos. Investigación polimérica: La DSC se utiliza en la investigación de polímeros para estudiar la cristalinidad, la degradación térmica, la entalpía de fusión y otros fenómenos. Investigación de materiales: Se utiliza en la investigación de materiales como aleaciones, cerámicas y materiales compuestos para estudiar las transiciones de fase, la oxidación y otras transformaciones.
Análisis Termo
Mecánico (TMA)
El Análisis Termomecánico (TMA, por sus siglas en inglés) es una técnica fundamental en el campo de la ingeniería térmica. Esta técnica se utiliza para estudiar las propiedades físicas de los materiales bajo diversas condiciones de temperatura y estrés mecánico. Es particularmente útil en el análisis de la expansión y contracción térmica de materiales y en la Ilustración 26 Análisis Termo Mecánico
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determinación de sus propiedades mecánicas a temperaturas específicas.
¿Qué es el Análisis Termomecánico?
El TMA mide el cambio dimensional de un material cuando se somete a un programa de temperatura controlada. Estos cambios dimensionales pueden ser la expansión, contracción, sinterización y transición de fase, entre otros. El TMA es crucial en la caracterización de materiales poliméricos, cerámicos y metálicos.
Principios Funcionales
El equipo de TMA generalmente consiste en una muestra del material, un sistema de sujeción para mantener la muestra en su lugar, y un sensor de desplazamiento para medir los cambios dimensionales. El sistema también incluye un horno para controlar y modificar la temperatura, y un controlador de carga para aplicar fuerza sobre la muestra. Colector de datos: Registra el desplazamiento y la temperatura de manera continua. Sistema de sujeción: Mantiene la muestra en una alineación precisa. Control de temperatura: Modifica las condiciones térmicas para simular diferentes entornos. Aplicador de fuerza: Permite la aplicación de cargas específicas durante el ensayo.
Aplicaciones del TMA
- Estudios de expansión térmica: Medición del coeficiente de expansión térmica (α) de los materiales.
- Transiciones de fase: Determinación de temperaturas de transición vítrea (Tg) y otras transiciones de fase.
- Análisis de sinterización: Evaluación del proceso de sinterización en polvos cerámicos y metálicos.
- Compatibilidad de materiales: Estudio de la compatibilidad entre diferentes materiales en aplicaciones compuestas.