Paper Termometro

1. 1
Termómetro A base de Vodka Sureño (licor)
Ing. Diego Proaño Msc.
Estudiante:
Departamento de Ciencias Exactas Física, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga,
Latacunga, Ecuador
E-mail:
Abstract
It is designed, built and calibrated a liquid thermometer using drinking alcohol (ethyl alcohol 96%), they are made
different and various tests to observe the changes in temperature and volume in the thermometer by using the
coefficient of volumetric variation previously analyzed one proceeds the creation of the thermometer scale in relation
to the scale of degrees celcius. Thus we are identifying and showing the operating principle of a thermometer
characterized by the phenomenon of volumetric expansion of the liquid.
Keywords: thermometer, expansion, liquid, coefficients, variations.
Resumen
Se diseña, construye y calibra un termómetro líquido que utiliza alcohol potable (alcohol etílico 96%), se realizan
distintos y varios ensayos para observar las variaciones de temperatura y volumen en el termómetro, mediante el
uso del coeficiente de variación volumétrica previamente analizado se procede a la creación de la escala
termométrica en relación con la escala de los grados celcius. De esta manera estamos identificando y demostrando
el principio de funcionamiento de un termómetro que se caracteriza por el fenómeno de la dilatación volumétrica
de los líquidos.
Palabras claves: termómetro, dilatación, líquidos, coeficientes, variaciones.

2. 2
1. OBJETIVO.
Diseñar y construir un termómetro a base de Vodka
sureño (licor) y realizar su correspondiente
calibración.
2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA.
Antes de realizar nuestra práctica de laboratorio
debemos conocer los diferentes conceptos de sobre
dilatación, y termometría, así como las formulas y
los factores externos e internos que intervienen en
estos, con el fin de lograr una sustentación
científica.
2.1 Dilataciones de Líquidos.
El efecto de la dilatación en los líquidos es más
evidente que en los sólidos: al encontrarse sus
moléculas con más libertad para moverse, el
volumen que ocupa cada una aumenta más
fácilmente con la temperatura, por lo que también
lo hace el volumen del líquido en su conjunto. [1]
Su expresión es similar a la dilatación volumétrica
de los sólidos.Como la forma de un fluido no está
definida, solamente tiene sentido hablar del cambio
del volumen con la temperatura. La respuesta de los
gases a los cambios de temperatura o de presión es
muy notable, en tanto que el cambio en el volumen
de un líquido, para cambios en la temperatura o la
presión, es muy pequeño. β representa el
coeficiente de dilatación volumétrica de un líquido.
[2]
𝛽 =
1
𝑉
(
∆𝑉
∆𝑇
)
(1)
Los líquidos se caracterizan por dilatarse al
aumentar la temperatura, siendo su dilatación
volumétrica unas diez veces mayor que la de los
sólidos.
Figura 1. Dilatación
Fuente: fisicadeonce.blogspot.com
Sin embargo, el líquido más común, el agua, no se
comporta como los otros líquidos. En la Figura 2,
se muestra la curva de dilatación del agua. Se puede
notar que, entre 0 y 4ºC el agua líquida se contrae
al ser calentada, y se dilata por encima de los 4ºC,
aunque no linealmente. Sin embargo, si la
temperatura decrece de 4 a 0ºC, el agua se dilata en
lugar de contraerse. Dicha dilatación al decrecer la
temperatura no se observa en ningún otro líquido
común; se ha observado en ciertas sustancias del
tipo de la goma y en ciertos sólidos cristalinos en
intervalos de temperatura muy limitados, un
fenómeno similar. La densidad del agua tiene un
máximo a 4ºC, donde su valor* es de 1 000 kg/m3.
A cualquier otra temperatura su densidad es menor.
Este comportamiento del agua es la razón por la que
en los lagos se congela primero la superficie, y es
en definitiva lo que hace posible la vida
subacuática. [3]
Figura 2. Densidad del agua
Fuente: extoscientificos.com dilatación/líquidos
Para determinar la dilatación absoluta o verdadera
de un líquido se deberá considerar la dilatación que
experimenta el recipiente que lo contiene. Si Vo es
el volumen que ocupa el fluido a la temperatura de
0 ºC, es evidente que deberá ser Vo o Vro, si se
aumenta la temperatura en t ºC, el volumen
verdadero del líquido a esa temperatura, será:
Volumen verdadero del líquido
𝑉𝑡 = 𝑉𝑜 ( 1 + 𝛽𝑟. 𝑡 ) (2)
Volumen del recipiente dilatado
𝑉𝑟𝑡 = 𝑉𝑟𝑜 ( 1 + 𝛽𝑟. 𝑡) (3)

3. 3
Diferencia de volumen
𝑉𝑟𝑡 – 𝑉𝑡 = 𝑉𝑟𝑜. 𝛽𝑟. 𝑡 = 𝛥𝑉𝑟 (4)
Como el volumen aparente es menor que el
volumen verdadero que ocupa el líquido debido a
que el recipiente se ensancha al dilatarse, por lo
tanto el nivel del líquido disminuye, el volumen
verdadero del líquido a temperatura t será la suma
del volumen aparente medido más el aumento del
volumen que experimenta el recipiente.
𝑉𝑡 = 𝑉𝑜𝑡 + 𝛥𝑉𝑟 (5)
Si reemplazo en cada término de esta igualdad sus
correspondientes expresiones equivalentes,
tendremos:
𝑉𝑜 ( 1 + 𝛽𝑟. 𝑡 ) = 𝑉𝑎𝑜 ( 1 + 𝛽𝑎. 𝑡 ) + 𝑉𝑟𝑜 ( 1
+ 𝛽𝑟. 𝑡 (6)
Como los volúmenes iniciales a 0 ºC son iguales al
del recipiente Voo = Vao = Vro, simplificando Vo , la
unidad y la temperatura, se tendrá:
𝛽𝑣 = 𝛽𝑎 + 𝛽𝑟 (7)
El coeficiente de dilatación cúbica absoluto o
verdadero de un líquido es igual a la suma de los
coeficientes aparente y del recipiente que lo
contiene
Método para determinar el valor de βV
Anteriormente concluimos que: Vt = Vo ( 1 + β.Δt) ,
y considerando el volumen como la relación de la
masa sobre la densidad V = m / δ, reemplazando en
la expresión anterior:
𝛿𝑡. ℎ𝑡 = 𝛿𝑜. ℎ𝑜 ⇒ 𝛽 =
1
𝛥𝑡
. (
ℎ𝑜
ℎ𝑡
– 1 ) (8)
Expresión que me permite calcular el coeficiente
de dilatación cúbica de un líquido
independientemente de la dilatación del recipiente
que lo contiene.
2.2 Vodka Sureño
El vodka es un aguardiente, o una destilación
imperfecta con sabores de la materia de
procedencia. Surgió como propósito de los
alquimistas al aislar completamente el alcohol,
incluso del agua. El vodka es alcohol puro de difícil
obtención.[7]
El vodka es una bebida destilada que produce
generalmente a través de la fermentación de granos
y otras plantas ricas en almidón, como el centeno,
trigo, o papa. Generalmente el vodka sureño se
prepara con esencia de maracuyá tomando un color
amarillento con una concentración de 8.4°. su punto
de ebullición es de 85 °C. Al mezclarse con agua en
cualquier proporción da una mezcla azeotrópica.[8]
El vodka es una composición que tiene como
formula química H2O + CH3-CH2OH, es decir una
mezcla de agua y etanol.
2.2.1 Variedades de vodka
- Vodka Sureño
- Vodka Liova
- Absolut Vodka
- Vodka Azul
- Vodka Martini
2.2.2 Proceso de elaboración
Preparación del caldo
Se muelen los granos convirtiéndolos en harina se
añade el agua y se hace la mezcla bajo presión, la
masa se transforma en gel y el azúcar bajo el
efecto de la levadura se transforma en alcohol con
la fermentación que dura aproximada 40 horas.
Destilación
Es una destilación continua o por el sistema del
“pot still” en alambiques aislados o una
combinación de ambos. El número de veces que la
bebida es destilada depende de la marca y calidad
que se quiera obtener de la misma.
Filtración
Se elimina cualquier tipo de impurezas que se
pueda encontrar en el líquido utilizando filtros de
carbón orgánico de madera de abedul o manzano.
Disolución
La bebida final contiene 96% de alcohol sin
ningún sabor, pero mediante los métodos de
mezclas para preparar el coctel se le agrega
maracuyá obteniendo un porcentaje de 8.4° de
alcohol.
2.3 Termómetro Líquido
Un termómetro, es un aparato capaz de medir y
registrar las variaciones de temperatura.[10]
Aprovechan el fenómeno de la dilatación, por lo
que se prefiere el uso de materiales con elevado
coeficiente de dilatación, de modo que, al aumentar

4. 4
la temperatura, su estiramiento sea fácilmente
visible.
Los termómetros líquidos son sistemas por lo
general formados por un tubo de vidrio sellado, con
un líquido en su interior, cuyo volumen cambia con
la temperatura de manera uniforme. Este cambio de
volumen se aprecia en una escala graduada.[11]
Dependiendo del líquido, el comportamiento de la
dilatación no será siempre igual, se necesita calibrar
primero el sistema para obtener resultados precisos.
Figura 3. Termómetro Líquido.
Autor: (Besso, 2014).
Como la forma de un fluido no está definida,
solamente tiene sentido hablar del cambio del
volumen con la temperatura. La respuesta de los
gases a los cambios de temperatura o de presiones
muy notable, en tanto que el cambio en el volumen
de un líquido, para cambios en la temperatura o la
presión, es muy pequeño.𝛽 Representa el
coeficiente de dilatación volumétrica de un
líquido.[12]. 𝛽 =
1
𝑉
(
∆𝑉
∆𝑇
), Entonces podemos
aplicar la fórmula de dilatación volumétrica para
deducir el cambio de temperatura que representa el
fenómeno.[15]
Δ𝑉 = 𝑉0 𝛽(Δ𝑇) (9)
Se debe tomar en cuenta que el vidrio también sufre
una dilatación volumétrica, para lo cual añadimos a
los cálculos su variación de volumen del sólido, la
dilatación real queda expresada como:
Δ𝑉 = 𝑉𝑠3𝜆(Δ𝑇) + 𝑉𝑙 𝛽(Δ𝑇) (10)
3. Materiales y Equipo.
Botella de plástico transparente
Vaso de precipitación
Alcohol
Sorbete transparente
Plastilina
Marcador
Cocina Eléctrica
Ampolleta
Tubo capilar
4. Procedimiento.
De montaje:
1. Poner en la botella el licor frio en un 98% del
volumen total (realizarlo con la probeta) de forma
que quede unos 0.5 cm por debajo del borde y
anotar ese valor como volumen inicial
2. Introducir el tubo capilar en el corcho, de forma
que únicamente sobresalga una parte pequeña del
tubo capilar en el corcho
3. Cerrar la botella con el corcho
4. Sacar todo el aire y no derramar liquido
5. Marcar el nivel del líquido con un marcador
6. Colocar la botella en el vaso de precipitación y
sujetarlo de forma que quede lo más profundo
posible
7. Llenar por completo el vaso de precipitación con
agua
8. Tomar la temperatura inicial del líquido
9. Tomar las medidas de puntos de ebullición en
nuestro termómetro.
De calibración:
1. Una vez realizado el ensamble del termómetro,
se procede a colocarlo en el recipiente con el agua
con hielo con lo cual se observa como el líquido
sobresaliente en el tubo capilar empieza a
descender. Definiendo su punto de congelación con
referencia al termómetro en grados Celsius.
2. Posteriormente se coloca el termómetro en el
recipiente con el agua caliente, y se observa como
el líquido sobresaliente empieza a ascender.
Tomando en cuenta el punto de ebullición del
líquido al cual máximo puede ser expuesto,
3. Creando una escala con patrones de temperaturas
conocida y así tener un termómetro casero
funcional.

5. 5
De utilización:
Una vez establecido un rango decente de
temperaturas marcadas en el termómetro, lleva el
instrumento a una locación caliente o fría y
colócalo. Usa esas medidas previas para determinar
la temperatura del área en la que se encuentra el
termómetro.
Para verificar nuevamente la precisión del
termómetro, luego de registrar la medida que
obtuviste con el termómetro casero.
Al completar este paso estará listo y oficialmente
listo para usar.
5. Tabulación de Datos
Las siguientes tablas muestran el comportamiento
del termómetro a diferentes temperaturas.
Datos de calibración
Ensayo 1: Datos del fluido a dilatar
CALENTAMIENTO
Par. Físico Valor Unidades
Temperatura
inicial
20 °C
Longitud
inicial
8,5 Cm
Diámetro
tubo
0,15 Cm
Volumen
inicial
110 cm3
Temperatura
final
90 °C
Longitud
final del
liquido
13,3 Cm
Volumen
final
112,73 cm3
Tiempo del
ensayo
542,4 Seg
DATOS DEL VODKA A DIFERENTES
TEMPERATURAS CALENTAMIENTO
Volumen inicial =110ml
Temperatura inicial = 20 ˚𝑪
Termó.
comercial
Liquido
dilatado
Termó.
Alcohol
Liquido
dilatado
Liquido
dilatado
𝑻 ˚𝑪 ∆𝒍
𝒎𝒎
∆𝑻
℃
∆𝑽
𝒎𝒎 𝟑
𝒕
𝒔
0 - - - -
10 - - - -
22 60 8 424.11 1
30 79 10 559.41 41
40 82 13 6679.44 77
50 106 15 760.47 113
60 118 19 845.29 258
78 162 22 1090.28 415
Ensayo 2: Datos del fluido a dilatar
ENFRIAMIENTO
Par. Físico Valor Unidades
Temperatura
inicial
20 °C
Longitud
inicial
8,5 cm
Diámetro
tubo
0,15 cm
Volumen
inicial
110 cm3
Temperatura
final
70 °C
Longitud
final del
liquido
12,7 cm
Volumen
final
112 cm3
Tiempo del
ensayo
450,7 seg
DATOS DE VODKA A DIFERENTES
TEMPERATURAS ENFRIAMIENTO
Volumen inicial= 1ml
Temperatura inicial= 20℃
Termó.
comercial
Liquido
dilatado
Termó.
Alcohol
Liquido
dilatado
Liquido
dilatado
𝑻 ˚𝑪 ∆𝒍
𝒎𝒎
∆𝑻
℃
∆𝑽
𝒎𝒎 𝟑
𝒕
𝒔
70 - - - -
60 - - - -
50 - - - -
40 - - - -
22 60 0 9.11 1
20 58 2 9.7 32
10 53 10 7.3 53
5 49 5 6.6 103
3 41 2 3.81 212
0 - - - -
Cálculos
Para encontrar la variación de según se eleva la
temperatura aplicamos la siguiente ecuación:
∆𝑉 = 𝜋 ∗ 0.152
∗ (𝑙 𝑓 − 𝑙 𝑜)
Datos de calibración
Ensayo 1: Datos del fluido a dilatar
CALENTAMIENTO

6. 6
Parámetro
físico
Valor Unidades
Variación de
longitud
54 mm
Variación de
volumen
16.17 mm3
Variación de
temperatura
entre
termómetros
3 ℃
Ensayo 2: Datos del fluido a dilatar
ENFRIAMIENTO
Parámetro
físico
Valor Unidades
Variación de
longitud
42 mm
Variación de
volumen
6.77 mm3
Variación de
temperatura
entre
termómetros
3 ℃
6. Graficas.
Luego de obtener todos los datos y realizar los
correspondientes cálculos, se procede a realizar las
gráficas de los mismos respecto a sus diferentes
variables analizadas, los cuales generan graficas en
dos dimensiones que son representadas a
continuación.
Grafica 1. Relación ΔV - ΔT en el termómetro
Autor: Fernando Silva
Grafica 2. Relación ΔL - ΔT en el termómetro
Autor: Fernando Silva
Grafica 1. Relación coeficiente dilatación –
ΔV/ΔT en el termómetro
Autor: Fernando Silva
7. Conclusiones.
Es posible realizar un termómetro con el uso de
vodka licor, el cual posee un coeficiente de
dilatación volumétrica de 6𝑥10−4
.
El coeficiente de dilatación volumétrica determina
la manera en la que se va a comportar la escala
termométrica nueva creada ya que nos brinda el
valor de espacio en tres cada variación de n grado.
El termómetro realizado con un vaso de vidrio es
igual de eficaz a uno construido con uno de plástico
ya que el vidrio no es ningún aislante térmico ni
mucho menos, una escala graduada permite una
correcta visualización del fenómeno físico para un
funcionamiento óptimo del termómetro.
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0,6
0,65
0,7
0,75
0 20 40 60 80
Δv
ΔT
0,6
1,2
1,8
2,4
3
3,6
4,2
4,8
0
2
4
6
1 2 3 4 5 6 7 8
ΔL
ΔT
0
0,0005
0,001
0,0015
1 2 3 4 5 6 7 8 9
coeficientede
dilatación
ΔV/ΔT

7. 7
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para la Cíencia y Tecnología, Moscú,
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