Instrumentación básica (página 2)

Enviado por Nallely Lourdes Franco Cano

Partes: 1, 2

3.-
FUNCIONAMIENTO Y APLICACIÓN DE INSTRUMENTOS POR
INDUCCIÓN

Aplicación

Muchos rodamientos y otras piezas anulares de
acero se fijan al
eje fuertemente. Especialmente las piezas grandes, pueden
ajustarse más fácilmente si se precalientan
(rodamientos máximo hasta 120º). El
calentamiento por inducción es superior a los métodos
tradicionales (hornos calentadores, placas de calentamiento
o baños de aceite).

Los métodos de calentamiento por
inducción son rápidos y limpios, ideales para
montajes en serie. Los dispositivos pueden utilizarse para
calentar rodamientos completos, aros de rodamientos de rodillos
cilíndricos o de agujas, así como otras piezas
anulares de acero, como anillos de laberinto, acoplamientos,
ruedas, etc. FAG ofrece 6 tamaños de dispositivos de
calentamiento por inducción que cubren una amplia gama de
aplicaciones.

Ventajas

Energéticamente eficientes, limpios y
respetuoso con el medioambiente adecuado para rodamientos y
para otras piezas anulares de acero.
Funcionamiento seguro
no requiere aceite.
Calentamiento uniforme y controlado.
Funcionamiento simple.
Desmagnetización automática muy
eficiente ya que se puede seleccionar el tamaño adecuado
para cada aplicación.
Cada aparato incluye unas instrucciones detalladas de
uso y unos guantes de seguridad.

Principio básico

Básicamente, el dispositivo consiste en una
bobina con núcleo de acero (bobina primaria) que induce
una elevada corriente a bajo voltaje en un circuito secundario
cortocircuitado (rodamiento u otras piezas de acero). La pieza a
montar se calienta rápidamente mientras que los
componentes no metálicos y el propio aparato no se
calientan.

Seguridad

Los dispositivos de calentamiento por inducción
de FAG llevan el símbolo de la CE. Los errores
durante el funcionamiento se indican con una señal
óptica
o acústica. Estos errores pueden ocurrir si no se adjunta
correctamente el sensor de temperatura,
si el sensor o el cable del sensor se dañan, o si el
componente a calentar es demasiado pesado para el dispositivo.
Cada dispositivo genera un campo
magnético. Este campo puede tener un efecto
negativo sobre marcapasos, relojes, disquete, tarjetas de
crédito
y otros elementos de transporte de
datos,
pudiendo también causar circuitos
electrónicos en los diferentes instrumentos. Para
evitarlo, recomendamos una distancia de seguridad de 2
metros.

Los dispositivos no deben utilizarse en entornos
húmedos o en lugares con riesgos.

4.
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO Y APLICACIÓN DE
HIGRÓMETROS Y TERMÓMETROS QUE EXISTEN Y
APLICACIONES COMO INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

HIGRÓMETRO Y TERMÓMETROS.-

Un higrómetro o humidimetro es un aparato que
mide la humedad relativa del aire en base al
cambio de
largo de un pelo que no tiene grasa, que está de acuerdo
con el contenido de vapor de agua en el
aire, el alargamiento o acortamiento del pelo es transmitido por
medio de un sistema de
palanca, al indicador de una escala graduada
en porcentaje de humedad relativa. Higrómetro Un
higrómetro es un instrumento que se usa para la medir el
grado de humedad del aire, o un gas determinado,
por medio de sensores que
perciben e indican su variación. TERMOMETRÍA La
termometría es una rama de la física que se ocupa
de los métodos y medios para
medir la temperatura. La temperatura no puede medirse
directamente. La variación de la temperatura puede ser
determinada por la variación de otras propiedades
físicas de los cuerpos volumen, presión,
resistencia
eléctrica, fuerza
electromotriz, intensidad de radiación…

5. TIPOS DE
TERMÓMETROS

(Según el margen de temperaturas a estudiar o la
precisión exigida) de −39 °C (punto de
congelación del Termómetros de líquido:
• de mercurio:
portátiles y permiten una lectura
mercurio) a 357 °C (su punto de ebullición), directa.
No son muy precisos para fines científicos. • de
alcohol
coloreado desde – 112 °C (punto de congelación del
etanol, el alcohol empleado en él) hasta 78 °C (su
punto de ebullición), cubriendo por lo tanto toda la gama
de es también portátil, temperaturas que hallamos
normalmente en nuestro entorno. pero todavía menos
preciso; sin embargo, presta servicios
cuando más que nada importa su cómodo empleo.
Termómetros de gas: o desde – 27 °C hasta 1477 °C
o muy exacto, margen de aplicación extraordinario.
Más complicado y se utiliza como un instrumento normativo
para la graduación de otros termómetros.
Termómetros de resistencia de platino: o es el más
preciso en la gama de −259 °C a 631 °C, y se puede
emplear para medir temperaturas hasta de 1127 °C o depende de
la variación de la resistencia a la temperatura de una
espiral de alambre de platino o reacciona despacio a los cambios
de temperatura, debido a su gran capacidad térmica y baja
conductividad, por lo que se emplea sobre todo para medir
temperaturas fijas. Par térmico (o pila
termoeléctrica) o consta de dos cables de metales
diferentes unidos, que producen un voltaje que varía con
la temperatura de la conexión. o Se emplean diferentes
pares de metales para las distintas gamas de temperatura, siendo
muy amplio el margen de conjunto: desde −248 °C hasta
1477 °C. o es el más preciso en la gama de −631
°C a 1064 °C y, como es muy pequeño, puede
responder rápidamente a los cambios de temperatura.
Pirómetros o El pirómetro de radiación se
emplea para medir temperaturas muy elevadas o Se basa en el
calor o la
radiación visible emitida por objetos calientes o Es el
único termómetro que puede medir temperaturas
superiores a 1477 °C. Escalas de Temperatura • Kelvin
• Celsius • Fahrenheit • Rankine • Reaumur
Termómetro Propiedad
termométrica Columna de mercurio, alcohol, etc., en un
capilar de vidrio Longitud
Gas a volumen constante Presión Gas a presión
constante Volumen Termómetro de resistencia Resistencia
eléctrica de un metal Termistor Resistencia
eléctrica de un semiconductor Par termoeléctrico
F.e.m. termoeléctrica Pirómetro de radiación
total Ley de Stefan –
Boltzmann Pirómetro de radiación visible Ley de
Wien Espectrógrafo térmico Efecto Doppler
Termómetro magnético Susceptibilidad
magnética Cristal de cuarzo Frecuencia de
vibración.

6.- MEDICIONES CON
FOTOMETRÍA E INTERRERÓMETRO. PRINCIPIOS Y
APLICACIONES

FOTOMETRÍA.-

Medición de la intensidad y densidad de la
luz; la
intensidad es la cantidad de luz emitida por segundo en una
dirección dada, y su unidad de medida es la
bujía; la densidad es la cantidad de luz que atraviesa una
superficie dada por segundo, y su unidad es la lumen.

En los últimos años la fotometría
ha adquirido una importancia especial en la astrofísica,
pues la medición de la luz proveniente de las
estrellas ha permitido establecer una escala precisa de
magnitudes de estas; ha llevado al descubrimiento de las
estrellas dobles y las variables,
entre estas las cefopides, y, por consiguiente a calcular las
distancias interestelares inaccesibles al método del
paralaje.

Otra definición seria la siguiente: es una medida
de la intensidad luminosa de una fuente de luz, o de la cantidad
de flujo luminoso que incide sobre una superficie. La
fotometría es importante en fotografía, astronomía e ingeniería de iluminación . Los instrumentos empleados
para la fotometría se denominan fotómetros. Las
ondas de luz
estimulan el ojo humano en diferentes grados según su
longitud de onda. Como es difícil fabricar un instrumento
con la misma sensibilidad que el ojo humano para las distintas
longitudes de onda, muchos fotómetros requieren un
observador humano. Los fotómetros fotoeléctricos
necesitan filtros coloreados especiales para responder igual que
el ojo humano. Los instrumentos que miden toda la energía
radiante, no sólo la radiación visible, se llaman
radiómetros y deben construirse de forma que sean igual de
sensibles a todas las longitudes de onda.

La intensidad de una fuente de luz se mide en candelas,
generalmente comparándola con una fuente patrón. Se
iluminan zonas adyacentes de una ventana con las fuentes
conocida y desconocida y se ajusta la distancia de las fuentes
hasta que la iluminación de ambas zonas sea la misma. La
intensidad relativa se calcula entonces sabiendo que la
iluminación decrece con el cuadrado de la
distancia.

El principio básico de la fotometría de
aperturas consiste en sumar todo el flujo observado dentro de un
radio
determinado a partir del centro de un objeto, en general de tipo
estelar.

Además es necesario restar la contribución
del fondo de cielo en esa misma área y de esta manera se
determina la energía o la magnitud instrumental dentro de
esa apertura.

El tamaño de la apertura que se usa para medir un
objeto es muy relevante, dado que debe ser lo suficientemente
amplia para englobar todo el flujo proveniente del objeto [Nota:
la distribución radial de energía para
una fuente puntual (PSF= Point Spread Function) se puede
aproximar por una función
gaussiana o de tipo Moffat, cuya anchura a media altura (FWHM) es
conocida por la palabra "seeing" y depende de la noche y en
general del momento de la observación.].

Aunque a cierta distancia la intensidad del objeto decae
suficientemente, el área sobre la cual tenemos que medir
aumenta, es por eso que solo conseguimos toda la energía
del objeto cuando nos alejamos del centro 3-4 veces el ancho de
la distribución. Por otra parte conforme aumentamos la
distancia al pico de la distribución aumenta el numero de
píxeles dominados por el fondo de cielo frente a aquellos
que contienen fotones del objeto y por tanto la relación
señal/ruido
disminuye y también puede disminuir la suma de cuentas en el
área.

Concluimos por tanto que debe existir una apertura
óptima para la cual tenemos una la mayor parte de la
energía emitida por el objeto y no incluimos demasiado
fondo de cielo (se puede ver una discusión detallada en
Howell, 1989, PASP 101, 616). En la práctica lo que
se hace es medir con distintas aperturas y luego seleccionar la
que mejores resultados produce, o bien de forma mas sofisticada
seleccionar aperturas pequeñas y corregir por la cantidad
de energía que no se incluye.

Dentro de IRAF el programa de uso
más general para hacer fonometría de aperturas se
llama phot y se encuentra dentro del paquete
apphotx.

Por otra parte cuando los campos que se han observado
contienen una gran densidad de estrellas es necesario
separar la contribución de las estrellas próximas.
Para ello debemos ajustar previamente la PSF de cada estrella
antes de poder medirla.
Los programas
necesarios se encuentran dentro del paquete
daophotx.

Unas pocas aplicaciones más específicas se
pueden mencionar para mostrar la variedad de campos donde el
concepto de
fotometría se usa:

• Diseño
y uso de instrumentación para medición de
turbidez de líquidos.

• Mediciones de radiación solar para estudio
de cultivos y para el diseño de
sistemas de recolección y conversión de
energía
solar.

• Mediciones astronómicas de radiación
electromagnética general desde estrellas, planetas y
otros cuerpos celestes.

INTERFERÓMETRO.-

Instrumento para medir longitudes de ondas de luz,
radio, sonido, etc., y
para efectuar otras observaciones de precisión
aprovechando el fenómeno de la interferencia de las ondas;
el instrumento divide un haz de ondas homogéneas en dos o
mas rayos por medio de dispositivos adecuados como espejos
semitransparentes y los dirige por trayectorias
distintas.

Por ejemplo uno a través a de la sustancia que se
desea examinar y otro por el aire. En el detector del instrumento
se vuelven a combinar estos rayos: la intensidad de las ondas
superpuestas es mayor donde están en fase, y viceversa.
Esta comparación de fases permite medir desde las
longitudes pequeñisimas de ciertas ondas hasta el
diámetro de una estrella o la separación entre 2
estrellas dobles. El inferometro tiene muchas aplicaciones en
cristalografia, acústica, astronomía,
etc.

Medir la longitud de onda de la luz emitida por un
laser,
determinar la variación del índice de
refracción del aire con la presión y evaluar el
índice de refracción de un vidrio usando un
interferómetro de Michelson.

Diagrama del interferómetro de
Michelson.

El haz luminoso emitido por el laser de He-Ne incide
sobre el separador de haces, el cual refleja el 50% de la onda
incidente y transmite el otro 50%. Uno de los haces se transmite
hacia el espejo móvil M1 y el otro se refleja hacia el
espejo fijo M2. Ambos espejos reflejan la luz hacia el separador
de haces, de forma que los haces transmitido y reflejado por este
último se recombinan sobre la pantalla de
observación.

Como los dos haces que interfieren sobre la pantalla
provienen de la misma fuente luminosa, la diferencia de fase se
mantiene constante y depende sólo de la diferencia de
camino óptico recorrido por cada uno. Por lo tanto, las
franjas generadas por el interferómetro se pueden
visualizar sobre la pantalla mediante la colocación de una
lente convergente de corta distancia focal entre el laser y el
separador de haces. El sistema de franjas de interferencia
producido es similar al que se muestra en la
Fig. 2.

El camino óptico de uno de los haces se puede
variar desplazando el espejo M1. Si dicho espejo se desplaza en
l/4 alejándose del separador de haces, el camino
óptico de ese haz aumentará en l/2. Las franjas de
interferencia cambiarán de modo que el radio de los
Mmáximos aumentará y ocupará la
posición de los mínimos iniciales. Si el espejo M1
se desplaza en una distancia adicional de l/4, el nuevo sistema
de franjas producido será indistinguible del
original.

De la gran variedad de interferómetros por
división de amplitud, el Michelson es uno de los
más conocidos e históricamente más
importante.

De entre las muchas aplicaciones que posee, en esta
experiencia, se consideran 2:

1) Medición de la longitud de coherencia de
diversas fuentes (Diodos Láser y
fuentes gaseosas)

2) Como espectrómetro se calcula la diferencia de
las longitudes de onda en las que emite el Na.

Cuando se conoce la longitud de onda de la luz empleada,
pueden medirse distancias pequeñas en la trayectoria
óptica analizando las interferencias producidas. Esta
técnica se emplea para medir el contorno de la superficie
de los espejos de los telescopios. Los índices de
refracción de una sustancia también pueden medirse
con el interferómetro, y se calculan a partir del
desplazamiento en las franjas de interferencia causado por el
retraso del haz. El principio del interferómetro
también se emplea para medir el diámetro de
estrellas grandes relativamente cercanas, como por ejemplo
Betelgeuse. Como los interferómetros modernos pueden medir
ángulos extremadamente pequeños, se emplean
"también en este caso en estrellas gigantes cercanas" para
obtener imágenes
de variaciones del brillo en la superficie de dichas
estrellas.