1.- Mediciones mecánicas. Se llaman mediciones mecánicas a a los resultados de medir masa, fuerza, presión, flujo, longitud, ángulo plano, volumen y magnitudes afines. Existe una parte de la metrología encargada encargada de establecer, conservar, desarrollar y diseminar los patrones nacionales de las magnitudes mecánicas. La medición de estas magnitudes es indispensable para el desarrollo industrial del país en todos sus sectores productivos y especialmente en las industrias de fabricación de productos metálicos, maquinarias y equipos, productos alimenticios, industria química e industria petroquímica. Estas y otras industrias manufactureras requieren mediciones mecánicas exactas para obtener incertidumbres adecuadas en el control de sus procesos productivos, a fin de competir con éxito en los mercados nacionales e internacionales.
2.- Unidades de masa y tiempo Entre las distintas propiedades medibles puede establecerse una clasificación básica. Un grupo importante de ellas quedan perfectamente determinadas cuando se expresa su cantidad mediante un número seguido de la unidad correspondiente. Este tipo de magnitudes reciben el nombre de magnitudes escalares. La longitud, el volumen, la masa, la temperatura, la energía, son sólo algunos ejemplos. Sin embargo, existen otras que precisan para su total definición que se especifique, además de los elementos anteriores, una dirección o una recta de acción y un sentido: son las llamadas magnitudes vectoriales o dirigidas. La fuerza es un ejemplo claro de magnitud vectorial, pues sus efectos al actuar sobre un cuerpo dependerán no sólo de su cantidad, sino también de la línea a lo largo de la cual se ejerza su acción. En las ciencias físicas tanto las leyes como las definiciones relacionan matemáticamente entre sí grupos, por lo general amplios, de magnitudes. Por ello es posible seleccionar un conjunto reducido pero completo de ellas de tal modo que cualquier otra magnitud pueda ser expresada en función de dicho conjunto. Esas pocas magnitudes relacionadas se denominan magnitudes fundamentales, mientras que el resto que pueden expresarse en función de las fundamentales reciben el nombre de magnitudes derivadas. Cuando se ha elegido ese conjunto reducido y completo de magnitudes fundamentales y se han definido correctamente sus unidades correspondientes, se dispone entonces de un sistema de unidades. La definición de unidades dentro de un sistema se atiene a diferentes criterios. Así la unidad ha de ser constante como corresponde a su función de cantidad de referencia equivalente para las diferentes mediciones, pero también ha de ser reproducible con relativa facilidad en un laboratorio. Las condiciones de definición de un sistema de unidades permitiría el establecimiento de una considerable variedad de ellos. Así, es posible elegir
conjuntos de magnitudes fundamentales diferentes o incluso, aun aceptando el mismo conjunto, elegir y definir unidades distintas de un sistema a otro. Desde un punto de vista formal, cada científico o cada país podría operar con su propio sistema de unidades, sin embargo, y aunque en el pasado tal situación se ha dado con cierta frecuencia (recuérdense los países anglosajones con sus millas, pies, libras, grados Fahrenheit, etc.), existe una tendencia generalizada a adoptar un mismo sistema de unidades con el fin de facilitar la cooperación y comunicación en el terreno científico y técnico. A través de la historia de la humanidad, se han utilizado varios sistemas de unidades, entre ellos mencionamos los siguientes: y y y y y
Sistema inglés sistema CGS
sistema Giorqi o MK S sistema terrestre o técnico sistema internacional
En el caso que nos atañe, estudiaremos las unidades de masa y tiempo en el sistema internacional de unidades que es el más empleado a nivel de ingeniería:
Kilogramo (unidad de masa) El kilogramo es una de las siete unidades fundamentales del Sistema Internacional (SI) utilizadas en la ciencia, el comercio y la vida cotidiana. Sin embargo, todavía es la única en ser definida por un objeto físico, un trozo de metal, conocido como el Prototipo Internacional, que se guarda en una cámara de seguridad en Francia. Todos los otros han cambiado con el devenir del progreso científico y ya son definidos en términos de una constante fundamental de la naturaleza para que cualquiera pueda reproducirlos en cualquier parte y no cambien con el tiempo. El kilogramo se definió originalmente en términos de un volumen especifico de agua, pero ahora se remite a un estándar físico especifico: la masa de un cilindro prototipo de platino-iridio que se guarda en la oficina internacional de pesos y medidas en Francia. Aunque se dice que esta no es la original y fue cambiada en la década de los sesentas.
S egundo (unidad de tiempo)
La unidad oficial de tiempo, para el SI y para el SUEU es el segundo. Hasta 1956 se definía en términos del día solar medio, dividido en 24 horas. Cada hora se divide en 60 minutos, y cada minuto en 60 segundos. Así, hay 86,400 segundos por día y el segundo se definía como la 1/86,400 parte del día solar medio. Esto resulto poco satisfactorio, porque la rapidez de la rotación de la tierra está disminuyendo de forma gradual. En 1956 se escogió al día solar medio del año
1900 como patrón para basar el segundo. En 1964 se definió al segundo, en forma oficial, como la duración de 9,92,631,770 periodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 193.
3.- Análisis de mediciones de peso, fuerza y torque. PESO
El peso de un cuerpo es la fuerza con que lo atrae la Tierra y depende de la masa del mismo. Un cuerpo de masa el doble que otro, pesa también el doble. Se mide en Newtons (N) y también en kg-fuerza, dinas, libras-fuerza, onzas-fuerza, etc. Es decir. Es la fuerza de la gravedad que actúa sobre la masa de un objeto, y su valor depende de la posición que ocupa el cuerpo con respecto al cuerpo que genera la fuerza de gravedad, que en nuestro caso es el planeta Tierra, que tiene una aceleración de la gravedad de 9,79 m/s 2. El kg es por tanto una unidad de masa, no de peso. Sin embargo, muchos aparatos utilizados para medir pesos (básculas, por ejemplo), tienen sus escalas graduadas en kg en lugar de kg-fuerza. Esto no suele representar, normalmente, ningún problema ya que 1 kg-fuerza es el peso en la superficie de la Tierra de un objeto de 1 kg de masa. Por lo tanto, una persona de 60 kg de masa pesa en la superficie de la Tierra 60 kg-Fuerza. Sin embargo, la misma persona en la Luna pesaría solo 10 kg-fuerza, aunque su masa seguiría siendo de 60 kg. (El peso de un objeto en la Luna, representa la fuerza con que ésta lo atrae) En la industria metalúrgica, por ejemplo, se utilizan muchísimas variedades de instrumentos de medición de peso, los cuales cumplen un rol fundamental en tareas tales como la fabricación de componentes o de equipos y maquinarias de importantes tamaños. Estos resultados se pueden obtener empleando como instrumento a las balanzas, las básculas, los catarómetros y los espectrómetros. En los primeros dos casos, se trata de operadores técnicos que fueron inventados para medir la masa del cuerpo. Los mismos se accionan con mayor frecuencia en la superficie terrestre, donde se asocia la masa al peso. La diferencia entre báscula y balanza, es que la primera se emplea cuando se quieren obtener resultados de medición de
elementos de grandes magnitudes; la segunda, por otra parte, es utilizada para pesar objetos de tamaños pequeños, generalmente en lugares como laboratorios. El espectrómetro es otro instrumento de medición más. Se trata de una herramienta que permite que se analice con suma precisión la composición de los elementos químicos, e incluso en ciertos casos la constitución de los isótopos atómicos. Lo que hace el instrumento es separar los núcleos atómicos, siempre teniendo en cuenta la relación entre la masa y la carga. Este elemento puede medir razones de carga y de masa de iones, mediante el proceso de calentamiento de un haz de material del compuesto que se quiere analizar, hasta que éste alcance un estado de vaporización de todos los átomos correspondientes. Otro instrumento de medición que ya hemos mencionada es el catarómetro. En este caso, se lo emplea para determinar una composición de las mezclas que se efectúan a partir del gas. Su constitución consta de dos tubos paralelos que poseen en su interior todo el gas proveniente de las bobinas de calefacción. Dichas bobinas, a su vez, están dispuestas en un circuito con forma de puente que resiste todos los cambios que el enfriamiento puede llegar a producir.
FU ERZA
Y T ORQ UE
La medición de fuerzas y torques son muy importantes en la industria pues permiten desarrollar componentes y maquinarias fiables desde el punto de vista del estudio fuerzas presentes en el sistema. La más reciente tecnología emplea sistemas de gran capacidad para medir fuerzas y momentos en un espacio tridimensional. La medición se hace con un extensómetro, mismo que reenvía las señales a través de la elongación en dirección x, y, z al cuerpo de sensores, mismo que las amplifica y digitaliza. Normalmente se emplean dinamómetros para la medición de fuerzas, y torquímetros para la medición de torques y momentos. y
Dinamómetro: Se denomina dinamómetro a un instrumento utilizado para medir fuerzas. El dinamómetro tradicional, inventado por Isaac Newton, basa su funcionamiento en la elongación de un resorte que sigue la ley de Hooke en el rango de medición. Al igual que una báscula con muelle elástico, es una balanza de resorte, pero no debe confundirse con una balanza de platillos (instrumento utilizado para comparar masas). Estos instrumentos constan de un muelle, generalmente contenido en un cilindro que a su vez puede estar introducido en otro cilindro. El dispositivo tiene dos ganchos o anillas, uno en cada extremo. Los dinamómetros llevan marcada una escala, en unidades de fuerza, en el cilindro hueco que rodea el muelle. Al colgar pesos o ejercer una fuerza sobre el gancho exterior, el cursor de ese extremo se mueve sobre la escala exterior, indicando el valor de la fuerza.
y
T orquímetro:
Son herramientas manuales de aplicación y lectura directa del par de torsión generado y que a su vez para directa del par de torsión generado. Se usan para dar el apriete exacto a los ajustes siguiendo las
recomendaciones de los fabricantes de partes y piezas mecánicas, también algunos poseen una modalidad que permite registrar y medir torques. Lo insuperable del torquímetro es utilizarlo para ajustar a igual presión todos los ajustes de superficies unidas, como mitades de cajas, tapas de cilindros, etc., evitando así que se deformen. Un torquímetro es un instrumento de precisión utilizado para aplicar o predeterminar tensión en tornillos, tuercas, sujetadores en partes ensambladas. Los torquímetros se presentan con mecanismo de clic o de carátula, análogos o digitales, son particularmente útiles en aplicaciones donde los elementos de sujeción (tuercas y tornillos), deben tener una tensión específica, sus aplicaciones más comunes son en equipos para manejo de líquidos y gases a baja presión, válvulas de control e instrumentación, motores de combustión interna, aire acondicionado, puentes y estructuras, tubería industrial, ensamble de línea blanca, equipo eléctrico y electrónico, industria y aplicaciones similares. También existen torquímetros de especialidad, principalmente en líneas de ensamblaje, para colocar tornillos de las tapas en componentes eléctricos, o electrónicos en los que se necesita repetir la operación sin perder la exactitud de torque, también en la industria automotriz e industria pesada se utilizan los multiplicadores de torque que permiten aplicar altas presiones de torque en lugares muy reducidos reemplazando los brazos de palanca y llaves largas, en los cuales se necesita una gran precisión de trabajo.
4.- Velocidad y Aceleración. V elocidad
La velocidad es una magnitud física de carácter vectorial que expresa el desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo. Se la representa por o . Sus dimensiones son [L]/[T]. Su unidad en el Sistema Internacional es el m/s.En virtud de su carácter vectorial, para definir la velocidad deben considerarse la dirección del desplazamiento y el módulo, al cual se le denomina celeridad o rapidez. De igual forma que la v elocidad es el ritmo o tasa de cambio de la posición por unidad de tiempo, la aceleración es la tasa de cambio de la velocidad por unidad de tiempo.
Aceleración
La palabra aceleración está presente en muchas situaciones de nuestra vida diaria, tanto es así que incluso uno de los pedales en el automóvil se llama ³acelerador´. Siempre se utiliza asociada a un movimiento. Sin embargo, el significado que se le da habitualmente no corresponde exactamente al significado que se le da en Física.
La aceleración mide directamente la rapidez con que cambia la velocidad . En el contexto de la mecánica vectorial newtoniana se representa normalmente por o y su módulo por . Sus dimensiones son . Si un vehículo se desplaza por una carretera, su velocidad varía muchas veces durante el viaje; estos cambios en la velocidad se deben porque es imposible mantener una velocidad constante durante un trayecto ya que pueden ocurrir situaciones que obliguen al conductor a aumentar la misma o a disminuirla. Por ejemplo, puede que el conductor deba frenar bruscamente en una situación de emergencia o bien puede que necesite aumentar la velocidad para adelantar a otro vehículo. En cualquiera de las dos situaciones, hay un cambio de velocidad. Esta variación de la velocidad es medida mediante la aceleración. La aceleración es un concepto que describe cambios de velocidad. Mide la variación de la velocidad en el tiempo.
5.- Planímetro y Manómetro de Desplazamiento. PLANÍMETRO El planímetro es un aparato de medición utilizado para el cálculo de áreas irregulares. Este modelo se obtiene en base la teoría de integrales de línea o de recorrido. Para los casos en los que se necesita calcular superficies irregulares o en perspectiva, como mapas o manchas la geometría clásica o incluso la geometría analítica no son suficientes y no prestan mayor utilidad. Por ello es necesario recurrir a una herramienta de medición específica para tal fin, el planímetro es una buena y fácil alternativa. Se tiene un origen O, dos longitudes constantes conocidas R y L, y los ángulos variables U y J respectivamente, que se forman con la horizontal, tal como se muestran.
Esquema de aplicación del planímetro.
Para poder calcular el área A de la sección irregular, según la teoría del cálculo, se emplea una integral de línea en sentido contrario a las manecillas del reloj (para resultado positivo).
MANÓMETROS DE DESPLAZAMIENTO Nos proporcionan información sobre la posición relativa de un objeto. y
R adar :
se basa en la emisión de radiaciones electromagnéticas y la captación de los ecos que producen. La distancia del objeto que refleja la radiación queda determinada por el tiempo transcurrido entre la emisión y recepción. Este sistema nos permite detectar desplazamientos (y velocidades tomando posiciones a intervalos de tiempo conocidos) a grandes distancias.
y
Detectores de pequeñas distancias: generalmente mediante potenciómetros (resistencias variables) lineales o angulares. También los hay inductivos para desplazamientos angulares llamados encoder (semejantes a un alternador trifásico) y ópticos (regla o disco codificado según se quiera medir desplazamiento lineal o angular).
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO ³SANTIAGO MARIÑO´. EXTENSIÓN PUERTO ORDAZ. INGENIERÍA DE MANTENIMIENTO MECÁNICO. CÁTEDRA: LABORATORIO DE IN STRUMENTACIÓN. ESCUELA 46 SECCIÓN ³A´
PROFESOR: JESÚS RANGEL.
ALUMNO: AGUILERA LUI S; CI: 18171900
CIUDAD GUAYANA, JUNIO DE 2011
