Equipos de medición según su tipo (página 2)

Enviado por Carlos Arvizu

Partes: 1, 2

Una gama de tubos de Pitot para la medición de la velocidad del
agua en
canales abiertos y conductos cerrados.

Los tubos son de acero inoxidable
y están montados en una carcasa con escala.

Se suministran con un casquillo impermeable para su
instalación por debajo del nivel de agua.

Para medir la velocidad, los tubos de Pitot deben conectarse a
un manómetro, tal como el Armfield H12-8 o H12-9.

Cuando se utiliza con el H12-9, el rango es de 0 – 5,2m/s.
Cuando se utiliza con el H12-8, el rango es de 0 -19,8m/s.

Medidor de Turbulencia y Velocidad

Medición de velocidades desde 0,05 hasta 1,0
m/seg.

Respuesta en tiempo de
menos de 10 milisegundos
Diámetro de cabezal de microhélice
5mm
Velocidad media o instantánea

Características principales

Un sistema de
microhélice diseñado para medir la velocidad y la
turbulencia del agua en canales de flujo, modelos etc.
bajo condiciones de laboratorio.

Los impulsos creados por un impulsor giratorio con 5
álabes son contados y mostrados en una pantalla digital y
un medidor analógico.

Las salidas analógicas pueden ser registradas en
un registrador sobre cinta de papel o sistema de
adquisición de datos.

Medidor de Velocidad a Hélice

Este medidor, que se utiliza para medir y registrar
velocidades puntuales muy bajas en agua y otros fluidos
conductivos, utiliza el cambio de
impedancia de un impulsor giratorio de múltiples
álabes para indicar la velocidad de rotación
causada por el flujo del fluido. El pequeño
diámetro del cabezal sensor permite utilizar el medidor en
conductos y canales de reducidas dimensiones, con capacidad de
medir velocidades de fluidos muy bajas, de hasta
25mm/seg.

Características

medición de velocidades en fluidos conductivos
limpios en el rango de 25 a 1500mm/seg (hasta 3000mm/seg con
una sonda de alta velocidad)
operación en espacios cerrados con limitados
efectos intrusivos
adecuado para aplicaciones de laboratorio y de
campo
están disponibles sistemas de
batería, totalmente portátiles
las señales pueden ser indicadas en formato
analógico o digital, y enviadas a un registrador sobre
cinta de papel o registrador de datos para su posterior
análisis.

Sistemas con Sondas para la Medición de
Olas

Un instrumento sencillo y robusto para la
medición y grabación de olas de agua en modelos
hidráulicos y tanques de buques, que funciona según
el principio de medir la conductividad eléctrica entre dos
alambres paralelos.

fácil de configurar y calibrar
alta precisión dinámica
calibración lineal en un amplio intervalo.
salidas para registradores y grabadores de datos de alta
velocidad.
puede ser operado a diferentes frecuencias de
energización para evitar la interacción mutua entre dos o más
sondas muy juntas.
suministrado como sistema completo de trabajo, con
la opción de 1, 2, o 3 canales de
medición.

Instrumentos
neumáticos

Dispositivos de medición que utilizan un gas presurizado,
como aire, para
funcionar.

Calibrador neumático.

Instrumento neumático variable, sin contacto, que
utiliza aire presurizado para inspeccionar el diámetro
interior de agujeros.

Ejemplos de la simbología de instrumentación o simbología de
instrumentos.

3.-
Funcionamiento y aplicación de instrumentos de
inducción

Instrumentos de Inducción

Funcionan a partir del campo
magnético producido por dos electroimanes sobre un
elemento móvil metálico (corrientes de Foucault).La
medida es proporcional al producto de
las corrientes de cada electroimán y por lo tanto, pueden
utilizarse tanto en corriente continua como en corriente
alterna. La aplicación más importante de los
instrumentos de inducción es como contadores de
energía.

La función de
un contador de energía es integrar en el tiempo la
potencia
eléctrica consumida por los clientes de
la empresa
prestataria del servicio
eléctrico. Por esto es impropio el nombre de medidor de
energía, y que no mide sino que cuenta cantidad de
energía.

La energía utilizada o suministrada se puede
determinar de la siguiente manera: cuando de una línea
recibe una corriente "i" bajo la tensión "u", donde tanto
"u" como "i" pueden variar en el tiempo (lo habitual es que "i"
varíe y "u" se mantenga constante), la potencia
instantánea es p=u*i y la energía A utilizada entre
los instantes t1 y t2 seria la integral d la potencia por la
derivada del tiempo evaluada de t1 a t2.

Se distinguen 3 tipos de energía a
saber:

Energía eléctrica activa
Energía eléctrica reactiva
Energía eléctrica aparente

4.- Principio
de Funcionamiento de los Higrómetros y
Termómetros

Higrómetros

El higrómetro es el instrumento utilizado para
medir la humedad relativa (HR) del aire, que es la cantidad de
vapor de agua presente en un volumen de aire.
Los higrómetros a menudo están disponibles en
versiones que también miden la temperatura.

A los últimos normalmente se les llama
termo-higrómetros. La humedad relativa se expresa como la
proporción de la cantidad de vapor de agua presente en el
aire en relación con la cantidad que lo saturaría a
una temperatura dada.

El sistema de medición de los higrómetros
está compuesto de un medidor conectado a una sonda. Esta
sonda está basada en la capacitancia de un sensor de
humedad con un polímero o material dieléctrico
plástico
con una constante dieléctrica fija (normalmente entre 2 y
15).

La humedad hace que el dieléctrico se dilate,
distanciando así las placas con la consecuente
variación de la geometría
del capacitador y la reducción de su capacitancia. Estas
variaciones de capacitancia a su vez causan un cambio de
frecuencia en los componentes electrónicos del
instrumento, que resulta en una modulación
de frecuencia la cual es una función de la humedad
relativa. La frecuencia se convierte entonces en voltaje, que se
convierte en un valor de
humedad relativa y se visualiza en pantalla.

Termómetros

La temperatura es una magnitud física que no puede
ser medida de forma directa. Un termómetro es un instrumento que sirve para
medir la temperatura de un cuerpo o sustancia, basado en el
efecto que un cambio de temperatura produce en algunas
propiedades físicas observables y en el hecho de que dos
sistemas a diferentes temperaturas puestos en contacto
térmico tienden a igualar sus temperaturas.

Entre las propiedades físicas en las que se basan
los termómetros destaca la presión,
el volumen, la longitud, la densidad y la
diferencia de potencial, la dilatación de los gases, la
dilatación de una columna de mercurio, la
resistencia
eléctrica de algún metal, la variación de la
fuerza
electromotriz de contacto entre dos metales, la
deformación de una lámina metálica o la
variación de la susceptibilidad magnética de
ciertas sales paramagnéticas.

5.- Mencione los
diferentes tipos de termómetro que existen y su uso como
instrumentos de medición

Termómetro de vidrio

Es un tubo de vidrio sellado
que contiene un líquido, generalmente mercurio,
Tempoyertizador y platinium alcohol, cuyo
volumen cambia con la temperatura de manera uniforme. Este cambio
de volumen se visualiza en una escala graduada que por lo general
está dada en grados Celsius. El termómetro de
mercurio fue inventado por Fahrenheit en el año
1714.

Termómetro de resistencia

Un termómetro de resistencia es un instrumento
utilizado para medir las temperaturas aprovechando la dependencia
de la resistencia eléctrica de métales, aleaciones y
semiconductores (termistores) con la temperatura;
tal es así que se puede utilizar esta propiedad para
establecer el carácter del material como conductor,
aislante o semiconductor.

El elemento consiste en un arrollamiento de hilo muy
fino del conductor adecuado, bobinado entre capas de material
aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o cerámica. El material que forma el
conductor, se caracteriza por el "coeficiente de temperatura de
resistencia" este se expresa en un cambio de resistencia en
ohmios del conductor por grado de temperatura a una temperatura
específica. Para casi todos los materiales, el
coeficiente de temperatura es positivo, pero para otros muchos el
coeficiente es esencialmente constante en grandes posiciones de
su gama útil.

Características que deben poseer los materiales
que forman el conductor de la resistencia
Alto coeficiente de temperatura de la resistencia, ya que
de este modo el instrumento de medida será muy
sensible.

Alta resistividad, ya que cuanto mayor sea la
resistencia a una temperatura dada, mayor será la
variación por grado; mayor sensibilidad.
Relación lineal
resistencia-temperatura.
Rigidez y ductilidad, lo que permite realizar los
procesos de
fabricación de estirado y arrollamiento del conductor en
las bobinas de la sonda a fin de obtener tamaños
pequeños (rapidez de respuesta).

Materiales usados normalmente en las sondas

A) Platino

B) Níquel

C) Cobre

Termómetros termopar o
termocupla.

Un termómetro termocupla básicamente es un
transductor de temperatura, es decir un dispositivo que convierte
una magnitud física en una señal eléctrica.
Está constituida por dos alambres metálicos
diferentes que, unidos, desarrollan una diferencia de potencial
eléctrica entre sus extremos libres que es aproximadamente
proporcional a la diferencia de temperaturas entre estas puntas y
la unión. Se suelen fabricar con metales puros o
aleaciones (caso más común) y la
característica más notable es que son empleados
para medir temperaturas en un rango notablemente grande
comparadas con otros termómetros. Los valores
típicos del rango están entre 70 K y 1700 K,
pudiéndose llegar en algunas circunstancias con aleaciones
especiales hasta los 2000 K.

Un termómetro termocupla, en rigor mide
diferencias de temperaturas y no temperaturas absolutas. Esto
hace necesario el uso de una temperatura de referencia, por lo
que suele emplearse un baño de agua con hielo (0ºC).
El empleo de
termocuplas para medir temperaturas está fundamentado en
el efecto Seebeck, que a su vez es una combinación de dos
efectos: el Thompson y el Peltier.

Termómetros infrarrojos

Todos los objetos emiten una energía en el
espectro de las radiaciones infrarrojas, que se colocan entre las
radiaciones visibles y las ondas radio. Los
orígenes de la medición de las radiaciones
infrarrojas (IR) se remontan al prisma ideado por Newton para la
descomposición de la luz solar en los
distintos colores del
espectro visible y en energía electromagnética. En
1800 fue posible medir la energía relativa de cada
color. Sin
embargo, no fue hasta principios de
siglo veinte cuando se pudo tener una medida de la energía
de la radiación
infrarroja.

Se descubrió que esta energía es
proporcional a la cuarta potencia de la temperatura del objeto.
Hace 50 años, aparecieron los primeros termómetros
con infrarrojos que usaron esta fórmula. Utilizan casi
exclusivamente un sensor óptico que mide la energía
térmica emitida por el objeto.

La señal analógica del sensor es
amplificada, linealizada y convertida por un circuito,
permitiendo visualizar en una pantalla la medición en
grados Celsius o Fahrenheit.

La medición con termómetros infrarrojos
está indicada en todos los casos en los cuales no sea
recomendable una medición por contacto de la temperatura
de la superficie, con una sonda tradicional. Las posibles
aplicaciones de termómetros infrarrojos incluyen: la
medición (sin penetración) de productos
alimenticios, maquinaria en movimiento o
en superficies con temperatura muy alta o con voltaje
elevado.

Teóricamente, la superficie ideal para la
medición con infrarrojos está representada por un
cuerpo negro, cuya emisividad es igual a 1.0 La emisividad se
define como la relación entre la energía emitida
por un objeto a una cierta temperatura y la emitida por el
radiador negro perfecto (o cuerpo negro) en la misma temperatura.
Cuanto más reflectante sea la superficie a medir, menor
precisión tendrán las mediciones. Así, el
valor de emisividad de la mayor parte de materiales
orgánicos y de superficies toscas u opacas está en
torno a 0.95, y
es, por lo tanto, adecuado para dediciones de IR.

Por otra parte, las superficies muy pulidas y
reflectantes, como espejos o aluminio
pueden no ser idóneas para este tipo de medición.
Esto se debe a dos factores que son el poder
reflectante y la transmisibilidad. El primero es la capacidad de
un objeto de reflejar la radiación infrarroja, y la
segunda es su capacidad de transmitirla. Otro factor importante
es el área de medida. De hecho, los termómetros con
infrarrojos miden la temperatura media del área del objeto
que se encuentra en el campo de acción
del sensor. Para un buen resultado, es importante que toda el
área a medir esté en cuadrado en el campo de
visión, sin obstáculos entre el medidor y el
objeto. Es necesario además, tener en cuenta el
coeficiente óptico del instrumento, es decir, la
relación entre la distancia del objeto y el área a
medir.

Pirómetro

Un pirómetro óptico es un instrumento
utilizado para medir la temperatura de un cuerpo. Funciona
comparando el brillo de la luz emitida por la fuente de calor con la
de una fuente estándar.

El pirómetro consta de dos partes: un telescopio
y una caja de control. El
telescopio contiene un filtro para color rojo y una
lámpara con un filamento calibrado, sobre el cual la lente
del objetivo
enfoca una imagen del cuerpo
cuya temperatura se va a medir. También contiene un
interruptor para cerrar el circuito eléctrico de la
lámpara y una pantalla de absorción para cambiar el
intervalo del pirómetro.

Este tipo de pirómetro óptico mide una
temperatura que alcanza los 2.400 ºF, pero existen otros
más complejos que pueden alcanzar los 10.000 ºF
(5.538 ºC) o más.

También existe otro tipo de pirómetro,
llamado termoeléctrico, que funciona de forma
satisfactoria hasta los 3.000 ºF (1.649 ºC).

Termómetros de gas

El termómetro de gas de volumen constante,
mencionado al hablar del establecimiento de la escala termodinámica de temperaturas, pertenece a
la categoría de termómetros llenos de gas y es el
más exacto de este tipo. Para usos industriales, un
termómetro por presión de gas consta de un elemento
que mide la presión, como el tubo Bourdon conectado por un
tubo capilar a una ampolla que se expone a la temperatura
que se ha de medir. El sistema se llena, a presión,
con un gas inerte, ordinariamente el nitrógeno. Como el
gas del elemento medidor y del tubo de conexión no
está a la temperatura del bulbo, el volumen de éste
tiene que ser grande para que los errores introducidos por la
diferencia de temperatura del elemento medidor de la
presión y del tubo capilar resulten insignificantes.
El bulbo debe tener por lo menos cuarenta veces el volumen del
resto del sistema. Por ello, y a causa del retardo en la
transmisión de los cambios de presión por el tubo
capilar, la longitud de éste se limita a un máximo
de 60 m, y es preferible mucho menos.

La presión inicial en el termómetro
de gas es ordinariamente de 10 a 35 Kg/cm². Las
dimensiones de la escala menores de 50 grados no son
recomendadas. Con una dimensión de escala de 200 grados.
El tiempo de respuesta tiende a ser largo, en parte a causa de la
necesidad de transmitir los cambios de presión por medio
de un tubo de calibre fino y en parte a causa del gran volumen y
escasa conductividad térmica del nitrógeno. Para el
volumen suficiente, el bulbo tiene ordinariamente 22mm de
diámetro, lo que da una respuesta lenta.

La temperatura es indicada por una aguja que se mueve
sobre una escala graduada o se registra en un papel de gráficas sobre un cilindro por una pluma
accionada por el elemento que mide la presión. La escala
para los registradores rara vez es menor de 100 grados
centesimales, pero en los aparatos indicadores el
campo puede ser menor.

Los termómetros de gas a presión se
emplean en temperaturas entre -450 °F y + 1000 °F (-268
°C y + 538 °C), lo cual queda parcial o enteramente
fuera de los límites de
los sistemas de vapor a presión y en aplicaciones en que
la menor exactitud y el mayor tamaño del bulbo no exigen
la elección de un termómetro de alto costo del tipo de
expansión de líquido.

Termómetro de lámina
bimetálica

Formado por dos láminas de metales de
coeficientes de dilatación muy distintos y arrollados
dejando el coeficiente más alto en el interior. Se utiliza
sobre todo como sensor de temperatura en el
termohigrógrafo.

Termómetros Digitales

Incorporan un microchip que actúa en un circuito
electrónico y es sensible a los cambios de temperatura
ofreciendo lectura
directa de la misma.

Termómetro de globo

Para medir la temperatura radiante. Consiste en un
termómetro de mercurio que tiene el bulbo dentro de una
esfera de metal hueca, pintada de negro de humo. La esfera
absorbe radiación de los objetos del entorno más
calientes que el aire y emite radiación hacia los
más fríos, dando como resultado una medición
que tiene en cuenta la radiación. Se utiliza para
comprobar las condiciones de comodidad de las
personas.

Termómetro de bulbo
húmedo

Para medir el influjo de la humedad en la
sensación térmica. Junto con un termómetro
ordinario forma un psicrómetro, que sirve para medir
humedad relativa, tensión de vapor y punto de
rocío. Se llama de bulbo húmedo porque de su bulbo
o depósito parte una muselina de algodón
que lo comunica con un depósito de agua. Este
depósito se coloca al lado y más bajo que el bulbo,
de forma que por capilaridad está continuamente
mojado.

El termómetro de máxima de
mínima utilizado en meteorología.

6.- Mediciones con
fotometría e interferómetro, principios de
funcionamiento y aplicaciones

Fotometría

La fotometría tiene diferentes acepciones. Si nos
manejamos en el ámbito de la ciencia,
entonces se trata de la disciplina que se encarga
fundamentalmente de la medida de la luz. Por lo tanto, los
estudios que realiza esta ciencia se
centran en la capacidad con la que cuenta la radiación
electromagnética para provocar estímulos en el
sistema visual. Muchas veces a la fotometría se la
iguala con la radiometría. Sin embargo, esta última
se encarga de la medida de la luz, pero bajo una perspectiva
diferente. Ahora bien, si retomamos a la fotometría bajo
la mirada de la ciencia, debemos mencionar la importancia del rol
del ojo humano y la función de la luminosidad
fotópica que se trata de una función que muestra la
sensibilidad relativa que tiene el ojo del hombre a toda
la variedad de longitudes de onda que existen, como el caso del
eje horizontal. Esto implica que el ser humano no posee una
sensibilidad idéntica en relación a todas esas
magnitudes. Justamente este hecho es abordado por la disciplina que
nos ocupa, la cual además pondera todas las magnitudes
radiométricas existentes, es decir, las medidas que hay
para cada longitud de onda, con el agregado de un factor que
representa la sensibilidad del ojo que a su vez se corresponde
con esa longitud.

Todos estos pesos son presentados por la función
de la luminosidad (calificada de "espectral") o bien por la
eficiencia
luminosa relativa que posee el ojo modelo. Es
importante destacar que la luz, como también ocurre con
todas las ondas de radio y los rayos X, se
constituye en una forma de energía. Pero no toda la luz
que se emite por una determinada fuente llega finalmente a la
percepción del ojo humano para producir la
sensación de luminosidad. Tampoco toda la energía
que un foco consume se convierte efectivamente en luz. Todas
estas cuestiones son tratadas a partir de la determinación
de una serie de magnitudes de la fotometría, como el flujo
luminoso, la luminancia o la eficiencia de la luz, sin olvidarse
de la cantidad.

Magnitudes: La intensidad luminosa, en la
fotometría, hace referencia a un flujo de luz, que es el
que nos da una noción aproximada de la cantidad de luz que
una determinada fuente puede llegar a emitir. La intensidad
luminosa se puede definir por similitud con el flujo de luz que
se emite por unidad de ángulo sólido en una
dirección concreta y específica.
El símbolo de la luminosidad es I y su unidad es la
candela, a la cual se la representa con la sigla "cd".

Otra magnitud es la iluminancia. Término
básico de la fotometría que se constituye en el
flujo luminoso que recibe una determinada superficie.

En cuanto al símbolo que la representa, el mismo
es E, mientras que su unidad correspondiente es la "lux". La
luminancia, por el contrario, es la relación que existe
ente la intensidad luminosa y la superficie percibida por el ojo
humano en una dirección específica.

Interferómetro

El interferómetro de Michelson consiste
básicamente en una fuente láser
divergente, la cual, al encontrarse un divisor de haz, es
separada en dos frentes de onda idénticos,
propagándose en direcciones perpendiculares. Estos haces
se reflejan en sendos espejos planos, volviéndose a
recombinar tras el divisor de haz. Si los espejos estuviesen
situados a la misma distancia del divisor de haz, entonces,
despreciando las diferencias debidas al espesor del espejo, los
haces se recombinarían en fase, y no se obtendría
ningún patrón de interferencia.

Si se alejan los espejos, entonces las diferencias de
camino óptico producirá franjas de interferencia,
que dependerán tanto de la distancia entre los espejos
como de la longitud de onda de la radiación utilizada. Por
esta razón, el interferómetro se utiliza tanto para
determinar distancias como para determinar longitudes de
onda.

La mejor forma de analizar el interferómetro de
Michelson es considerar el esquema "equivalente", formado por las
imágenes que de la fuente láser
determinan los espejos, y alinear el sistema.

Los puntos F y F' son las imágenes que el sistema
óptico determina para la fuente cuando se contempla desde
la pantalla, siendo d la diferencia de camino (de ida y vuelta)
entre los dos brazos del interferómetro.