Hoja de Presentacin

Hoja de Presentacin.Instituto Tecnolgico de Veracruz.

Ingeniera en Mecatrnica.

Metrologa y Normalizacin.

Nombre del alumno: Cruz Ramrez Andrs.

Unidad # 6: Medicin de Velocidad, Volumen, Temperatura & Presin.Unidad # 7: Medicin de Variables Elctricas.Fecha: 10 de junio de 2009.

ndice. Pgina.Introduccin....3

Unidad 6.- Medicin de Velocidad, Volumen, Temperatura & Presin.(desarrollo).......46.1.- Medicin de tiempo (Instrumentos, sistemas avanzados de laboratorios)..4

6.2.- Medicin de temperatura bases & fundamentos.

Tipos de instrumentos, termmetros tipo bulbo y capilar, unidades..5

6.3.- Medicin de Velocidad.

Tacmetros mecnicos & elctricos, unidades.6

6.3.1.- Velocidad lineal.

Ambiente fsico, parmetros de medicin, instrumentos y unidades.7

6.3.2.- Velocidad angular.

Ambiente fsico, parmetros de medicin, instrumentos y unidades..7 y 8

6.4.- Medicin de Caudal y Volumen.

Clasificacin de los medidores volumtricos, unidades....8 y 9

6.4.1.- Contadores con Estrangulamiento.106.4.2.- Contadores de Velocidad de Fluido.

Vertederos y Efecto Venturi, medidor lser..10 y 11

6.4.3.- Contadores Volumtricos de Fluido

Instrumentos de presin diferencial, elementos primarios elsticos11 y 12

6.5.- Medicin de Presin

Elementos electromecnicos en los instrumentos medidores, unidades12 y 13

6.5.1.- presin diferencial, manmetro de tubo en U.

Principios y Educacin de Bernoulli...13 y 14

6.5.2.- Manmetro tipo Bourdon.

Funcionalidad y materiales para su construccin. .15.

Definiciones de la unidad 6.16 y 17

Unidad 7.- Medicin de variables elctricas.18

7.1.- Corriente18

7.2.- Resistencia19

7.3.- Voltaje20

7.4.- Inductancia21

7.5.- Capacitancia.22

7.6.- Potencia.23

7.7.- Descripcin y funcionalidad de un LVDT.23 y 24

Conclusin & Bibliografa....24 y 25Introduccin.El trabajo tiene como objetivo dejar una idea clara y comprender sobre definiciones y conceptos sobre las mediciones de distintas magnitudes: tiempo, velocidad, temperatura y presin, adems de su importancia y las aplicaciones de stas en las diferentes reas de la industria. Tambin se podrn conocer los diferentes tipos de instrumentos y su composicin para medir dichas magnitudes, ya que en este trabajo vienen ilustrado los instrumentos con que son medidos para que se tenga ms clara la idea y conocerlos mejor.

Se encontrar a lo largo de este trabajo algunos conceptos (palabras) en este *formato*Esto representa que eso conceptos y definiciones se encuentran en un apartado al trmino de la unidad 6, teniendo como objetivo comprender estos dichos temas y tener una idea ms clara sobre los temas ya mencionados.

Mediciones de variables elctricas tambin forman parte importante en Metrologa por eso se han desarrollado. Para comprender diferentes propiedades elctricas se han desarrollado leyes, definiciones, simbologa y unidades fundamentales.

Este trabajo desarrollado tiene como resultado ser una fuente de informacin til donde podr ser de gran utilidad.

La medicin es la determinacin de la proporcin entre la dimensin o suceso de un objeto y una determinada unidad de medida. La dimensin del objeto y la unidad deben ser de la misma magnitud. Una parte importante de la medicin es la estimacin de error o anlisis de errores.

Al patrn de medir le llamamos tambin Unidad de medida.

Debe cumplir estas condiciones:

1.- Ser inalterable, esto es, no ha de cambiar con el tiempo ni en funcin de quin realice la medida.

2.- Ser universal, es decir utilizada por todos los pases.

3.- Ha de ser fcilmente reproducible.

Reuniendo las unidades patrn que los cientficos han estimado ms convenientes, se han creado los denominados Sistemas de Unidades.

Unidad 6.- Medicin de Velocidad, Volumen, Temperatura & Presin.

6.1.- Medicin de Tiempo.

La medicin del tiempo es fundamental en el estudio de tiempos y movimientos, en los controles de los programas horarios y en las mediciones de velocidad, frecuencia y gastos o flujos. Instrumentos analgicos y digitales.

Los instrumentos analgicos como Los relojes mecnicos, los cronmetros y los crongrafos miden el tiempo en trminos del periodo de oscilacin natural de un sistema, que puede ser un pndulo o una combinacin de rueda y resorte espiral. Algunos crongrafos pueden indicar fracciones de dcimas de segundo.

Los instrumentos digitales como los medidores de tiempo elctricos son simples, econmicos y se adaptan fcilmente a las operaciones de control remoto. Muchas veces son motores sincrnicos o simultneos de corriente alterna unidos al indicador por engranajes con la apropiada relacin.

La exactitud de estos medidores depende de la estabilidad de la frecuencia del voltaje.

Los instrumentos ofrecen una o mas funciones:

Conteo.

Medicin de frecuencia.

Periodo

Intervalos de tiempo.

Sistemas Avanzados de Laboratorios.

Hay otros medios para la medicin de las frecuencias vibratorias o de rotacin. Entre ellos se encuentra el de medir el tiempo empleado en un numero fijo de rotaciones u oscilaciones del miembro mvil. En 1955, la Unin Astronmica Internacional defini el segundo como 1/31.556.925,9747 del ao solar en curso el 31 de diciembre de 1899. El Comit Internacional de Pesas y Medidas adopt esa definicin el ao siguiente. Con la introduccin de los relojes atmicos en particular, con la construccin de un reloj atmico de haz de cesio de alta precisin, en 1955 se hizo posible una medida ms precisa del tiempo. El reloj atmico mencionado utiliza la frecuencia de una lnea espectral producida por el tomo de cesio 133. En 1967, la medida del segundo en el Sistema Internacional de unidades se defini oficialmente como la duracin de 9.192.631.770 periodos de la radiacin correspondiente a la transicin entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del tomo de cesio 133.

Esta medida es aplicada en los distintos procesos de la industria ya sea continuos o discretos.

6.2.- Medicin de temperatura bases & fundamentos.Las bases de las escalas comunes de temperatura Fahrenheit y Celsius son los puntos de congelacin y ebullicin del agua.Tipos de instrumentos.

Son los siguientes: termmetro de gas, termmetro de mercurio, termmetro de bulbo de vapor, termmetro de resistencia, pirmetros de radiacin pticos.El instrumento ms comn para medir temperaturas es el termmetro de mercurio. El rango es de -30 a 900 F (-35 a 500 C). Los pirmetros pticos sirven para medir altas temperaturas, en el intervalo de 540 a 2760 C (1000 a 5000 F). El pirmetro de radiacin se aplica en la medida de temperaturas superiores a 540 C (1000 F).Termmetros tipo Bulbo & Capilar.

Termmetro de bulbo de vapor. La tensin del vapor de todos los lquidos aumenta con la temperatura. Un instrumento de tipo industrial utiliza la deformacin de un resorte de presin para indicar la temperatura. El elemento sensor es un bulbo metlico, que contiene cierto gas o liquido, el bulbo est unido al resorte por medio de un tubo capilar encerrado, por lo general, en una vaina o coraza protectora. Ante el incremento de la temperatura el fluido del bulbo se dilata o aumenta su presin. Esto obliga al resorte a desenrollarse y a mover una aguja o la pluma indicadora la distancia apropiada sobre la escala. Las 4 clases de termmetros tipo bulbo y tubo capilar: Clase 1: termmetros actuados por lquidos.

Clase 2: termmetros actuados por gas.

Clase 3: termmetros actuados por vapor.

Clase 4: termmetros actuados por mercurio.

El fluido del bulbo puede ser de mercurio (sistema de mercurio), nitrgeno a presin (sistema de gas) o un liquido voltil (sistema de presin de vapor). El tubo capilar puede ser hasta de 200 pie de longitud lo que provocara una considerable reduccin en la velocidad de respuesta.Unidades.

La escala ms usada es la escala centgrada (C), En esta escala el Cero grados centgrado (0C), corresponde con el punto de congelacin Del agua y los cien grados corresponden con el punto de ebullicin del agua, ambos a la presin de 1 atmsfera. Fahrenheit (F), es la unidad anglosajn de unidades. Kelvin (K) o temperatura absoluta, unidad de temperatura del Sistema Internacional de Unidades. Su cero es inalcanzable por definicin y equivale a -273,15C.

6.3.- Medicin de la Velocidad.La velocidad o rapidez es la razn de variacin del desplazamiento con respecto al tiempo. En consecuencia, si el dispositivo que mide el desplazamiento proporciona una seal de salida, que es una funcin continua del tiempo, puede medirse la velocidad derivando esta seal. La exactitud puede ser limitada por el ruido.

Tacmetro Mecnicos & Elctricos.

El tacmetro proporciona una medicin directa de la velocidad angular. Una de sus formas es esencialmente un pequeo generador de imn permanente acoplado al elemento giratorio; el voltaje inducido en la bobina de la armadura es proporcional a la rapidez de rotacin.Sirven para medir la velocidad de rotacin de piezas giratorias. Casi universalmente estn calibrados en revoluciones por minuto (RPM), aunque para fines particulares los hay con otras escalas.Los tacmetros mecnicos detectan el nmero de vueltas del eje de la mquina por medios mecnicos pudiendo incorporar o no la medicin conjunta del tiempo para determinar el nmero de revoluciones por minuto (rpm). Los tacmetros elctricos son dispositivos que sirven para indicar la velocidad de rotacin de piezas en movimiento rotacional. Estos aparatos basan su funcionamiento en el crecimiento o disminucin del voltaje o la frecuencia de la corriente producida por un *generador de corriente alterna* al que se le aplica la velocidad de rotacin a medir.

Unidades.Sistema Internacional de Unidades (SI)

Metro por segundo (m/s), unidad de velocidad del SI (1 m/s = 3,6 km/h).

Kilmetro por hora (km/h).

Kilmetro por segundo (km/s).

Sistema Cegesimal de Unidades

Centmetro por segundo (cm/s) unidad de velocidad del sistema cegesimal

Sistema Ingles de Unidades

Pie por segundo (ft/s), unidad de velocidad del sistema ingls

Milla por hora (mph).

Milla por segundo (mps).

6.3.1.- Velocidad Lineal.

Se suele expresar como distancia recorrida por unidad de tiempo (normalmente, una hora o un segundo); se expresa, por ejemplo, en kilmetros por hora o metros por segundo.Es lo que se tarda en recorrer un espacio en lnea recta y es la velocidad que tiene un cuerpo cuando se mueve en una trayectoria rectilnea. Se mide en distancia/tiempo ==> m/s.La velocidad lineal se define as:v=dr/dtv=velocidad lineal dr/dt=derivada de la posicin con respecto al tiempo.

Magnitud vectorial, la cual se representa mediante un vector que es perpendicular al plano de la circunferencia que describe la partcula. Su sentido es el mismo de avance de un tirabuzn, cuando gira en el mismo sentido que tiene el mvil o la partcula.

Ambiente fsico de la velocidad lineal.

Parmetros de medicin.Variable tal que otras variables pueden ser expresadas por funciones de ella.

Esa variable tambin conocida como medida son los puntos mnimos y mximos de esa medida.

Instrumentos y dispositivos de medicin.Los tacmetros mecnicos detectan el nmero de vueltas del eje de la mquina por medios mecnicos pudiendo incorporar o no la medicin conjunta del tiempo para determinar el nmero de revoluciones por minuto (rpm).

6.3.2.- Velocidad Angular.La velocidad angular (tambin conocida como frecuencia angular o pulsacin) es una medida de la velocidad de *rotacin*. Se mide en radianes por segundo (o simplemente s-1 porque los radianes son adimensionales).

El empleo de la velocidad angular en lugar de frecuencia ordinaria es prctica en numerosas aplicaciones, porque evita la aparicin excesiva de . En realidad, se emplea en aquellos campos de fsica en los que intervienen fenmenos peridicos, por ejemplo en *mecnica cuntica* y *electromagnetismo*.

Ambiente fsico de la velocidad angular.

Parmetros de medicin.

Variable tal que otras variables pueden ser expresadas por funciones de ella.

Esa variable tambin conocida como medida son los puntos mnimos y mximos de esa medida.

Instrumentos y dispositivos de medicin.

Los tacmetros elctricos son dispositivos que sirven para indicar la velocidad de rotacin de piezas en movimiento rotacional.Unidades.La razn de ello es que una revolucin completa es igual a 2 radianes:

Cuando T es el perodo (tiempo en dar una vuelta completa) y f es la *frecuencia*.

Y, por tanto:

Considerando que T es el perodo, v es la velocidad tangencial de un punto respecto al eje de rotacin y r es el radio al que se encuentra el punto que rota respecto al centro de rotacin.

Se mide en radianes por segundo (o simplemente s-1 porque los radianes son adimensionales).

La razn de ello es que una revolucin completa es igual a 2 radian

6.4.- Medicin de Caudal & Volumen.En la mayor parte de las operaciones realizadas en los procesos industriales y en las efectuadas en laboratorio y en plantas piloto es muy importante la medicin de los caudales de lquidos o de gases. Existen varios mtodos para medir el caudal segn sea el tipo de caudal volumtrico o msico deseado.

Para tener una mayor claridad de la clasificacin de medidores Volumtricos a continuacin se muestra un diagrama.

Los medidores volumtricos determinan el caudal en volumen de fluido, bien sea directamente (desplazamiento), bien indirectamente por deduccin (presin diferencial, rea variable, velocidad, fuerza, tensin, inducida y torbellino). La medida del caudal volumtrico en la industria se efecta con elementos que dan lugar a una presin diferencial al paso del fluido.

Unidades.

El caudal puede calcularse a travs de la siguiente frmula:

Donde:Q = Caudal (m3/s)

A = Es el rea (m2)

= Es la velocidad linear promedio. (m/s)

m3= metros cbicos, s=segundos, m2=metros cuadrados.

6.4.1.- Contadores Con Estrangulamiento.Cuando un fluido se expande desde una regin de alta presin hasta otra de baja presin generalmente se hace trabajo, o se producen cambios en la energa potencial y cintica. Cuando no ocurren tales efectos se dice entonces que el *proceso* es de estrangulamiento. Por lo general se realiza mediante vlvulas que estrangulan el fluido, pues este al adquirir una velocidad alta se disipa en turbulencia, o pueden reducirse a cero mediante la correcta seleccin del tubo. El proceso de estrangulamiento obedece a la ecuacin denominada expansin de Joule - Thomson ( h1 = h2 ).

Una vlvula de estrangulamiento es simplemente una restriccin al flujo, si bien se reduce la presin, no realiza trabajo y por lo general la transferencia de *calor *es pequea. Si se elige el *volumen* de control lo suficientemente alejado de dicha restriccin, el cambio de energa cintica resulta pequeo. Operacin muy frecuente en los procesos es contar el nmero de veces que se cumple una determinada condicin, tal es el caso de repetir cierto nmero de ciclos o contar piezas fabricadas. Cuando el valor de la cuenta llega al valor preajustado en el contador, casi siempre se necesita una seal de confirmacin. Un contador se puede definir con dos funciones y una variable: Una de las funciones ser la entrada del contador por la que recibe los impulsos a contar, la otra funcin ha de permitir poner la cuenta a cero si el contador es ascendente o bien ponerla en el valor preajustado si es descendente. La variable o seal de salida del contador se activa cuando se ha cumplido el nmero de impulsos preajustado. Nmero de veces, que podr ajustarse con un contador.

Los contadores utilizan un pequeo acumulador que se llena o se vaca de aire a travs de un estrangulamiento, lo que hace que la presin vare lentamente hasta conseguir accionar o desaccionar el pilotaje de una vlvula distribuidora. El ajuste de tiempo se consigue aumentando ms o menos el estrangulamiento.

6.4.2.- Contadores de Velocidad de Fluido.

Es la cantidad de fluido que pasa a travs de la seccin por unidad de tiempo. etc.Unidades para medir cantidad de fluido. La cantidad de cierto lquido, gas o vapor se puede medir en unidades de masa, y el rgimen de flujo en unidades de masa por unidad de tiempo, Pero con mucha frecuencia se mide la cantidad de un fluido en unidades de volumen y el rgimen de flujo en unidades de volumen por unidad de tiempo. La cantidad de agua se mide en galones a 60 F, la de otros lquidos manejados en la industria del petrleo, en barriles a 60 F; la cantidad de gas en pies cbicos a 60 F y 14.7 lb/plg.

Vertederos & Venturi.

El vertedero o aliviadero es una estructura *hidrulica* destinada a permitir el pase, libre o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales.

Los vertederos pueden ser clasificados:

Por su localizacin en relacin a la estructura principal:

Vertederos frontales

Vertederos laterales

Vertederos tulipa; este tipo de vertedero se sita fuera de la presa y la descarga puede estar fuera del cauce aguas abajo desde el punto de vista de los instrumentos para el control del caudal vertido:

Vertederos libres, sin control.

Efecto Venturi.

El efecto Venturi (tambin conocido tubo de Venturi) consiste en que la corriente de un fluido dentro de un conducto cerrado disminuye la presin del fluido al aumentar la velocidad cuando pasa por una zona de seccin menor. Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiracin del fluido contenido en este segundo conducto. Si el caudal de un fluido es constante pero la seccin disminuye, necesariamente la velocidad aumenta. Un tubo de Venturi es un dispositivo inicialmente diseado para medir la velocidad de un fluido aprovechando el efecto Venturi.

Medidor lser.

Se basa en la emisin de rayos lser, focalizados en el seno del fluido en el punto donde se quiere medir la velocidad. Los rayos son dispersados por las pequeas partculas que el fluido contiene, con lo que se induce una seal de doppler correspondiente a la frecuencia de la luz desviada, una seal que es captada por unos foto-detectores y que est relacionada con la velocidad, y por lo tanto con el caudal para una tubera de seccin dada.6.4.3.- Contadores Volumtricos de Fluido.

Es la distancia existente entre una lnea de referencia y la superficie del fluido, generalmente dicha lnea de referencia se toma como fondo del recipiente. Como se menciono anteriormente el nivel es la variable que puede ser medida mas fcilmente, pero existen otros factores, tales como *viscosidad* del fluido, tipo de medicin deseada, presin, si el recipiente esta o no presurizado, que traen como consecuencias que existan varios mtodos y tipos de instrumentos medidores del nivel. Los mtodos utilizados para la medicin del nivel de lquidos, bsicamente pueden ser clasificados en: Mtodos de medicin directa y mtodo de medicin indirecta.

Instrumentos de presin diferencial

Para la medicin de niveles en tanques al vaci o bajo presin pueden utilizarse los instrumentos de medicin del flujo por mtodos de presin diferencial. La nica diferencia es que el instrumento dar una lectura inversa; es decir, cuando seale caudal cero en medidas de flujo, se leer nivel mximo en medidas de nivel. Deben tomarse precauciones para obtener la correspondiente respuesta del instrumento. Estn diseados para permitir el flujo en ambas direcciones, es posible utilizarlos para mediciones de nivel de lquido, teniendo la posicin de cero en el interior de la grafica, movindose la pluma hacia su borde con el aumento de nivel.

El principio de funcionamiento se basa en aplicarle al instrumento la presin existente en la superficie del liquido en ambas conexiones con la finalidad de anularla y que la presin detectada, sea la presin hidrosttica, la cual como se ha visto, la podemos representar en unidades de nivel.

Los instrumentos de presin se clasifican en 3 grupos:

Mecnicos. Neumticos.

Electromecnicos & electrnicos.

Los elementos primarios elsticos de los instrumentos ms empleados son:

El tubo bourdon.

Fuelle.

El elemento en espiral.

El helicoidal.

El diagrama.

6.5.- Medicin de Presin.

La presin esta definida como la fuerza por unidad de rea ejercida por un fluido. Los dispositivos normalmente miden la presin con respecto a la atmosfrica.

Los elementos electromecnicos de presin en los instrumentos utilizan un elemento metlico elstico combinado con un generador elctrico que genera la seal correspondiente.

El elemento mecnico consiste en un tubo de Bourdon, a travs de un sistema de palancas convierte la presin en una fuerza. Los elementos electromecnicos de presin se clasifican segn el principio de funcionamiento en los siguientes tipos:

Transmisores electrnicos de equilibrio de fuerzas.

Resistivos.

Magnticos.

Capacitivos.

Extensiomtricos.

Piezoelctricos.

Elementos de Presin en los Instrumentos Medidores.

Los dispositivos de presin estn basados en:

1. medicin de la altura de una columna de lquido equivalente.

2. medicin de la fuerza ejercida sobre un rea determinada.

3. medicin de algn cambio en las caractersticas elctricas o fsicas del fluido.

Las mediciones de presin con los manmetros se basan en la siguiente relacin: P= wh = pgh/gc. As, con frecuencia la presin se expresa directamente en trminos de la altura equivalente (parte superior) del liquido del manmetro. Los fluidos usuales en los manmetros son el agua y el mercurio, aunque suelen usarse otros fluidos para escalas especiales.

Unidades.

Atmsferas, bars, pascal. Kilogramos por centmetro cuadrado,

Valor medio = 14.7 lb/pulg2 lb = libras. pulg2 = pulgadas al cuadrado.

pa = pg + 14.7, pa = presin total o absoluta.

pg = presin a que est el calibrador.

14.7 constante.

P= wh = pgh/gc h = altura del liquido. p = densidad, w= peso especifico.

P = presin.

6.5.1.- Presin Diferencial, Manmetro de Tubo en U.La presin diferencial es la diferencia de 2 presiones.

Manmetro de Tubo en U.

Un tubo en forma de U conectado a un recipiente que contiene un gas, se utiliza habitualmente para medir la presin del gas. Si cada rama del manmetro se conecta a distintas fuentes de presin, el nivel del lquido aumentara en la rama a menor presin y disminuir en la otra. La diferencia entre los niveles es funcin de las presiones aplicadas y del peso especfico del lquido del instrumento. Normalmente se fija entre las dos ramas una escala graduada para facilitar las medidas. Los tubos en U de los manmetros se hacen con tubos en U de vidrio calibrado de precisin, un flotador metlico en una de las ramas y un carrete de induccin para sealar la posicin del flotador. Un indicador electrnico potenciomtrico puede sealar cambios de presin hasta de 0.01 m.m. de columna de agua. Estos aparatos se usan solo como patrones de laboratorio.

Principios y Ecuacin de Bernoulli.El principio de Bernoulli, tambin denominado ecuacin de Bernoulli o Trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un *fluido* movindose a lo largo de una lnea de corriente. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinmica (1738) y expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni *rozamiento*) en rgimen de circulacin por un conducto cerrado. La energa de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes:

1.-Cintico: es la energa debida a la velocidad que posea el fluido.2.-Potencial gravitacional: es la energa debido a la altitud que un fluido posea.3.-Energa de flujo: es la energa que un fluido contiene debido a la presin que posee.

La siguiente ecuacin conocida como "Ecuacin de Bernoulli" (Trinomio de Bernoulli) consta de estos mismos trminos.

V = velocidad del fluido en la seccin considerada.

g = aceleracin gravitatoria

z = altura en la direccin de la *gravedad* desde una de referencia.

P = presin a lo largo de la lnea de corriente.

= *densidad* del fluido.

6.5.2.- Manmetros tipo Bourdon.

Funcionalidad y materiales para su construccin.

El manmetro de tipo bourdon es el instrumento ms utilizado para medir presiones.

Consiste en un tubo aplanado de bronce o acero para resortes doblado en crculo.

La presin interior del tubo tiende a rectificarlo.

Como un extremo del tubo esta fijo a la entrada de la presin, el otro se mueve proporcionalmente a la diferencia de presiones que hay entre el interior y el exterior del tubo.

Este movimiento hace girar la aguja indicadora por medio de un mecanismo de sector.

Para amplificar el movimiento, el curvado del tubo puede ser de varias vueltas y formar elementos en espiral o hlice, como los que usan los registradores de presin.

Definiciones de la Unidad 6.Esta seccin esta destinada para dejar claro los conceptos y definiciones que se encuentran en este trabajo referente a la unidad 6.

Generador de Corriente: El voltaje y la frecuencia de la corriente elctrica producida por un generador, se comporta proporcional a la velocidad de rotacin de este, de manera que si la velocidad de rotacin aumenta o disminuye cierta cantidad, tambin lo harn en la misma proporcin el voltaje y la frecuencia de la corriente.Rotacin: movimiento que obliga a todos los puntos de un slido rgido a describir arcos de igual amplitud pertenecientes a circunferencias cuyos centros se hallan en una misma recta o eje de giro, que puede ocupar cualquier posicin en el espacio.

Mecnica cuntica: describe el tomo exclusivamente a travs de interpretaciones matemticas de los fenmenos observados, puede decirse a grandes rasgos que en la actualidad se considera que el tomo est formado por un ncleo rodeado por una serie de ondas estacionarias; estas ondas tienen mximos en puntos determinados, y cada onda estacionaria representa una rbita.

Electromagnetismo: El movimiento de la aguja de una brjula en las proximidades de un conductor por el que circula una corriente indica la presencia de un campo magntico alrededor del conductor. Cuando dos conductores paralelos son recorridos cada uno por una corriente, los conductores se atraen si ambas corrientes fluyen en el mismo sentido y se repelen cuando fluyen en sentidos opuestos.

Frecuencia: trmino empleado en fsica para indicar el nmero de veces que se repite en un segundo cualquier fenmeno peridico. La frecuencia es muy importante en muchas reas de la fsica, como la mecnica o el estudio de las ondas de sonido.

Proceso: Accin & procedimiento por el que se obtiene la expresin numrica de la relacin que existe entre dos valores de una misma magnitud, uno de los cuales se ha adoptado convencionalmente como unidad.

Calor: transferencia de energa de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, en virtud de una diferencia de temperatura. El calor es energa en trnsito; siempre fluye de una zona de mayor temperatura a una zona de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante.

Volumen: Espacio ocupado por un cuerpo. Atmico, volumen ocupado por un tomo gramo del elemento de que se trate.

Hidrulica: aplicacin de la mecnica de fluidos en ingeniera, para construir dispositivos que funcionan con lquidos, por lo general agua o aceite. La hidrulica resuelve problemas como el flujo de fluidos por conductos o canales abiertos y el diseo de presas de embalse, bombas y turbinas.

Viscosidad: propiedad de un fluido que tiende a oponerse a su flujo cuando se le aplica una fuerza. Los fluidos de alta viscosidad presentan una cierta resistencia a fluir; los fluidos de baja viscosidad fluyen con facilidad.

Fluido: sustancia que cede inmediatamente a cualquier fuerza tendente a alterar su forma, con lo que fluye y se adapta a la forma del recipiente. Los fluidos pueden ser lquidos o gases.

Rozamiento: en mecnica, resistencia al deslizamiento, rodadura o flujo de un cuerpo en relacin a otro con el que est en contacto.

Gravedad: punto de aplicacin de la fuerza peso en un cuerpo, y que es siempre el mismo, sea cual sea la posicin del cuerpo.

Densidad: masa de un cuerpo por unidad de volumen. En ocasiones se habla de densidad relativa que es la relacin entre la densidad de un cuerpo y la densidad del agua a 4 C, que se toma como unidad.

Unidad 7.- Medicin De Variables Elctricas.Leyes y definiciones, simbologa y unidades fundamentales y derivadas.

7.1.- Corriente.

Es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe a un movimiento de los electrones en el interior del material. Esta se mide en amperios y se indica con el smbolo A. Una corriente elctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magntico.

Corriente elctrica se defini como un flujo de cargas positivas y se fij el sentido convencional de circulacin de la corriente como un flujo de cargas desde el polo positivo al negativo y sin embargo posteriormente se observ, gracias al efecto Hall, que en los metales los portadores de carga son negativos, estos son los electrones, los cuales fluyen en sentido contrario al convencional.

El flujo de una corriente continua est determinado por tres magnitudes relacionadas entre s. La primera es la diferencia de potencial en el circuito, que en ocasiones se denomina fuerza electromotriz (fem), tensin o voltaje.

La segunda es la intensidad de corriente. Esta magnitud se mide en amperios; 1 amperio corresponde al paso de unos 6.250.000.000.000.000.000 electrones por segundo por una seccin determinada del circuito. La tercera magnitud es la resistencia del circuito. Normalmente, todas las sustancias, tanto conductores como aislantes, ofrecen cierta oposicin al flujo de una corriente elctrica, y esta resistencia limita la corriente.

La unidad empleada para cuantificar la resistencia es el ohmio (O), que se define como la resistencia que limita el flujo de corriente a 1 amperio en un circuito con una fem de 1 voltio.

La ley de Ohm, llamada as en honor al fsico alemn Georg Simon Ohm, que la descubri en 1827, permite relacionar la intensidad con la fuerza electromotriz. Se expresa mediante la ecuacin e = I R, donde e es la fuerza electromotriz en voltios, I es la intensidad en amperios y R es la resistencia en ohmios. A partir de esta ecuacin puede calcularse cualquiera de las tres magnitudes en un circuito dado si se conocen las otras dos.

La potencia P consumida por un circuito determinado puede calcularse a partir de la expresin P = e I, o la que se obtiene al aplicar a sta la ley de Ohm: P = I2 R.

7.2.- Resistencia.

Simbolizada habitualmente como R, a la dificultad u oposicin que presenta un cuerpo al paso de una corriente elctrica para circular a travs de l. En el Sistema Internacional de Unidades, su valor se expresa en ohmios, que se designa con la letra griega omega mayscula, . Para su medida existen diversos mtodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmmetro. Esta definicin es vlida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es, sin componente inductiva ni capacitiva. De existir estos componentes reactivos, la oposicin presentada a la circulacin de corriente recibe el nombre de impedancia.

Segn sea la magnitud de esta oposicin, las sustancias se clasifican en conductoras, aislantes y semiconductoras. Existen adems ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenmeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prcticamente nulo. Una resistencia ideal es un elemento pasivo que disipa energa en forma de calor segn la ley de Joule. Tambin establece una relacin de proporcionalidad entre la intensidad de corriente que la atraviesa y la tensin medible entre sus extremos, relacin conocida como ley de Ohm:

Donde i(t) es la corriente elctrica que atraviesa la resistencia de valor R y u(t) es la diferencia de potencial que se origina. En general, una resistencia real podr tener diferente comportamiento en funcin del tipo de corriente que circule por ella.

El conductor es el encargado de unir elctricamente cada uno de los componentes de un circuito. Dado que tiene resistencia hmica, puede ser considerado como otro componente ms con caractersticas similares a las de la resistencia elctrica.

De este modo, la resistencia de un conductor elctrico es la medida de la oposicin que presenta al movimiento de los electrones en su seno, o sea la oposicin que presenta al paso de la corriente elctrica. Generalmente su valor es muy pequeo y por ello se suele despreciar, esto es, se considera que su resistencia es nula (conductor ideal), pero habr casos particulares en los que se deber tener en cuenta su resistencia (conductor real).

7.3.- Voltaje.

El voltaje es una magnitud fsica que impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuito cerrado. La diferencia de potencial tambin se define como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo elctrico, sobre una partcula cargada, para moverla de un lugar a otro.

La tensin entre dos puntos de un campo elctrico es igual al trabajo que realiza dicha unidad de carga positiva para transportarla desde el punto A al punto B. En el Sistema Internacional de Unidades, la diferencia de potencial se mide en voltios (V), al igual que el potencial.

La tensin es independiente del camino recorrido por la carga, y depende exclusivamente del potencial elctrico de los puntos A y B en el campo.

Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor, se producir un flujo de electrones. Parte de la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladar a travs del conductor al punto de menor potencial y, en ausencia de una fuente externa (generador), esta corriente cesar cuando ambos puntos igualen su potencial elctrico (Ley de Henry). Este traslado de cargas es lo que se conoce como corriente elctrica.

Cuando se habla sobre una diferencia de potencial en un slo punto, o potencial, se refiere a la diferencia de potencial entre este punto y algn otro donde el potencial sea cero.

Cuando por dos puntos de un circuito puede circular una corriente elctrica, la polaridad de la cada de tensin viene determinada por la direccin convencional de la misma; esto es, del punto de mayor potencial al de menor. Por lo tanto, si por la resistencia R de la figura 1 circula una corriente de intensidad I, desde el punto A hacia el B, se producir una cada de tensin en la misma con la polaridad indicada, y se dice que el punto A es ms positivo que el B.

Otra de las formas de expresar la tensin entre dos puntos es en funcin de la intensidad de corriente y la resistencia existentes entre ellos; as se obtiene uno de los enunciados de la ley de Ohm, que dice:

Es importante destacar que V no se refiere al potencial elctrico sino a la diferencia de potencial V entre dos puntos.

7.4.- Inductancia

Se denomina inductancia, L, a la relacin entre el flujo magntico, y la intensidad de corriente elctrica, I:

El flujo que aparece en esta definicin es el flujo producido por la corriente I exclusivamente. No deben incluirse flujos producidos por otras corrientes ni por imanes situados cerca ni por ondas electromagnticas.

Desgraciadamente, esta definicin es de poca utilidad porque es difcil medir el flujo abrazado por un conductor. En cambio se pueden medir las variaciones del flujo y eso slo a travs del voltaje V inducido en el conductor por la variacin del flujo. Con ello llegamos a una definicin de inductancia equivalente pero hecha a base de cantidades que se pueden medir, esto es, la corriente, el tiempo y la tensin:

El signo de la tensin y de la corriente son los siguientes: si la corriente que entra por la extremidad A del conductor, y que va hacia la otra extremidad, aumenta, la extremidad A es positiva con respecto a la opuesta. Esta frase tambin puede escribirse al revs: si la extremidad A es positiva, la corriente que entra por A aumenta con el tiempo.

La inductancia siempre es positiva, salvo en ciertos circuitos electrnicos especialmente concebidos para simular inductancias negativas.

De acuerdo con el Sistema Internacional de Medidas, si el flujo se expresa en weber y la intensidad en amperio, el valor de la inductancia vendr en henrio (H).

Los valores de inductancia prcticos van de unos dcimos de nH para un conductor de 1 milmetro de largo hasta varias decenas de miles de Henrios para bobinas hechas de miles de vueltas alrededor de ncleos ferromagnticos.

El trmino "inductancia" fue empleado por primera vez por Oliver Heaviside en febrero de 1886, mientras que el smbolo L se utiliza en honor al fsico Heinrich Lenz.

7.5.- Capacitancia.

Es una propiedad de los condensadores. Esta propiedad rige la relacin existente entre la diferencia de potencial existente entre las placas del capacitor y la carga elctrica almacenada en este mediante la siguiente ecuacin:

Donde C es la capacidad, medida en faradios (en honor al fsico experimental Michael Faraday); esta unidad es relativamente grande y suelen utilizarse submltiplos como el microfaradio o picofaradio.

Q es la carga elctrica almacenada, medida en culombios;

V es la diferencia de potencial, medida en voltios.

Cabe destacar que la capacidad es siempre una cantidad positiva y que depende de la geometra del capacitor considerado (de placas paralelas, cilndrico, esfrico). Otro factor del que depende es del dielctrico que se introduzca entre las dos superficies del condensador. Cuanto mayor sea la constante dielctrica del material no conductor introducido, mayor es la capacidad.

En la prctica, la dinmica elctrica del condensador se expresa gracias a la siguiente ecuacin diferencial, que se obtiene derivando respecto al tiempo la ecuacin anterior.

Donde i representa la corriente elctrica, medida en amperios.

Usualmente el trmino capacidad se utiliza como abreviatura del trmino capacidad mutua entre dos conductores cercanos, como las placas de un capacitor. Tambin existe una propiedad llamada auto-capacidad, que es la cantidad de carga elctrica que debe agregarse a un conductor aislado para aumentar su potencial en un volt.

7.6.- Potencia.

El concepto de potencia no se aplica exclusivamente a situaciones en las que se desplazan objetos mecnicamente. Tambin resulta til, por ejemplo, en electricidad. Imaginemos un circuito elctrico con una resistencia. Hay que realizar una determinada cantidad de trabajo para mover las cargas elctricas a travs de la resistencia. Para moverlas ms rpidamente en otras palabras, para aumentar la corriente que fluye por la resistencia se necesita ms potencia.

La potencia siempre se expresa en unidades de energa divididas entre unidades de tiempo. La unidad de potencia en el Sistema Internacional es el vatio, que equivale a la potencia necesaria para efectuar 1 julio de trabajo por segundo.

Una unidad de potencia tradicional es el caballo de vapor (CV), que equivale aproximadamente a 746 vatios.

7.7.- Descripcin y funcionalidad de un LVDT.

El transformador diferencial de variacin lineal (LVDT segn sus siglas en ingls) es un tipo de transformador elctrico utilizado para medir desplazamientos lineales. El transformador posee tres bobinas solenoidales dispuestas extremo con extremo alrededor de un tubo. La bobina central es el devanado primario y las externas son los secundarios. Un centro ferromagntico de forma cilndrica, sujeto al objeto cuya posicin desea ser medida, se desliza con respecto al eje del tubo.

Cuando una corriente alterna circula a travs del primario, causa un voltaje que es inducido a cada secundario proporcionalmente a la inductancia mutua con el primario. La frecuencia del oscilador que causa la corriente alterna est en el rango de 1 a 10 kHz.

A medida que el ncleo se mueve, la inductancia mutua cambia, causando que el voltaje inducido en el secundario cambie. Las bobinas estn conectadas en serie pero invertidas, as que el voltaje de salida es la diferencia (por eso es "diferencial") entre los dos voltajes secundarios. Cuando el ncleo est en su posicin central, se encuentra equidistante a los dos secundarios, los voltajes inducidos son iguales pero de signo opuesto, as que el voltaje de salida es cero.

Cuando el ncleo es desplazado en una direccin, el voltaje en una bobina aumenta mientras que en la otra disminuye, causando que el voltaje de salida tambin aumente desde cero hasta su mximo. Este voltaje tiene la misma fase que el voltaje del primario. La magnitud del voltaje de salida es proporcional a la distancia en que fue desplazado el ncleo (hasta cierto lmite), por eso el dispositivo es descrito como "lineal". La fase del voltaje indica la direccin del desplazamiento.

Debido a que el ncleo deslizante no toca el interior del tubo, puede moverse prcticamente sin friccin, haciendo del LVDT un dispositivo muy fiable. La ausencia de contactos deslizantes o rotatorios permite que el LVDT sea completamente sellado.

Los LVDT son usados para la realimentacin de posicin en servomecanismos y para la medicin automtica en herramientas y muchos otros usos industriales y cientficos.

Conclusin.Podemos concluir con: las mediciones de las magnitudes: velocidad, temperatura y presin y sus propiedades son muy importantes y sobre todo en la Metrologa. Las mediciones de manera precisa en cuanto a herramientas, patrones y elementos son la esencia integral bsica de la metrologa. La precisin en cuanto a las tcnicas, mtodos y herramientas utilizadas cobra una importancia gradual de acuerdo al proceso para el cual sern realizadas las mediciones. La metrologa en s, trata de proporcionar herramientas tanto para realizar anlisis precisos, como para determinar la exactitud necesaria de acuerdo a la naturaleza de cada proceso. La importancia de la precisin depende del proceso en si. La instrumentacin es una de las llaves de la tecnologa que esta envuelta en toda manufactura industrializada. Hoy en da es inimaginable la industria moderna sin una compleja interaccin de numerosos sistemas envueltos por diferentes instrumentos de medicin. Pero el conocimiento y entendimiento del funcionamiento de estos instrumentos no basta para obtener la calidad total de nuestro producto, existe la necesidad de realizar mediciones adecuadas para poder controlar y/o corregir nuestro producto final.

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