RESUMEN DE UNIDAD #4

MEDICIÓN DE TIEMPO, TEMPERATURA, VELOCIDAD, CAUDAL, PRESIÓN Y NIVEL.

MEDICIÓN DEL TIEMPO

Las primeras mediciones del tiempo se hicieron a partir de observaciones astronómicas y durante mucho tiempo el cielo fue el instrumento principal de esa medición. El primer "reloj" que estuvo a la disposición del hombre fue sin duda el derivado de la alternancia del día y de la noche, es decir, el día solar.

Permite datar los momentos en los que ocurren determinados hechos (lapsos relativamente breves) o procesos (lapsos de duración mayor). Las formas e instrumentos para medir el tiempo son de uso muy antiguo, y todas ellas se basan en la medición del movimiento, del cambio material de un objeto a través del tiempo, que es lo que puede medirse. En un principio, se comenzaron a medir los movimientos de los astros, especialmente el movimiento aparente del Sol, dando lugar al tiempo solar aparente.

El tiempo es la medición que marca un inicio y final de un fenómeno o un intervalo de dicho fenómeno. Este puede medirse en segundos, minutos u horas, también puede medirse en décimas de segundos, centésimas de segundos, milésimas de segundos, o en cualquier otra unidad correspondiente. Los aparatos usados para medirlo son los relojes o cronómetros.

Se pueden hacer equivalencias para medir el tiempo en días, semanas, meses, años, décadas, siglos, milenios, etc... Estas equivalencias permiten menos complejidad cando se quiere expresar largos periodos de tiempo.

INSTRUMENTOS UTILIZADOS PARA MEDIR EL TIEMPO:

CALENDARIO: consiste en un elemento creado con el propósito de llevar una contabilización del tiempo. La mayor parte de éstos se llaman calendarios solares. Esto es porque toman como referencia el período empleado por la tierra para dar una  vuelta alrededor del sol.

CRONÓMETRO: es un elemento ubicado dentro de las categorías de los relojes cuyo objetivo consiste en la medición de fracciones mínimas de tiempo.

RELOJ: el término se refiere al elemento capaz de medir el tiempo, por medio de la división del mismo en horas, minutos y segundos.

DATACIÓN RADIOMÉTRICA: a través de esta proceso es posible fijar con exactitud la edad de los minerales, rocas, etc. consiste en la

realización de un análisis tanto de un isótopo padre como un hijo, cuya vida media es conocida. Un ejemplo de este procedimiento es la datación por radiocarbono, llevada a cabo a partir de la desintegración del carbono 14.

MEDICIÓN DE TEMPERATURA

La temperatura es la forma de manifestarse la energía térmica contenida en un cuerpo. La temperatura por tanto, no existe como ente independiente en el vacío.Cuando un cuerpo recibe energía en forma de calor su temperatura se incrementa, y este incremento estará en dependencia de la masa y de la naturaleza del cuerpo

La temperatura se mide en grados, y hay varias escalas, las dos mas usadas son:

Escala Celsius (o centígrada); utilizada en el Sistema Internacional de Unidades.

Escala Fahrenheit; utilizada por el Sistema Inglés de Unidades.

La escala Celsius usa como temperatura cero grados de referencia aquella, a la que el agua pura pasa del estado líquido al sólido (congela), y temperatura 100 grados, a aquella en la que el agua pasa del estado líquido al gaseoso (evaporación), ambas en condiciones normales de presión (presión atmosférica estándar).La escala Fahrenheit tiene como punto de referencia de cero grados a una temperatura que se registró en el invierno de 1709 en Dinamarca (donde vivía el científico Fahrenheit) año cuyo invierno fue muy duro, y la temperatura del cuerpo humano como grado 96

Termómetros

Escala Cero Absoluto Fusión del Hielo

Evaporación

Kelvin

Rankine

Reamur

Centígrada

Fahrenheit

0°K

0°R

-218.5°Re

-273.2°C

-459.7°F

273.2°K

491.7°R

0°Re

0°C

32°F

373.2°K

671.7°R

80.0°Re

100.0°C

212.0°F

En general los termómetros pueden clasificarse en dos grupos: Termómetros de contacto; que son aquellos cuyo elemento

sensor está en contacto íntimo o colocado dentro del mismo ambiente que el cuerpo cuya temperatura se quiere conocer.

Termómetros sin contacto; que funcionan midiendo algún parámetro a distancia del cuerpo.

Relación entre escalas de temperatura Unidades de Temperatura

BASES Y FUNDAMENTOS

La Temperatura es probablemente es la magnitud más medida en cada proceso industrial, además de ser una de las magnitudes que predominan como magnitud dependiente en la mayoría de los procesos. Por mencionar algunas magnitudes tenemos la viscosidad, la densidad, el volumen, etc., que dependen considerablemente de la temperatura. En la actualidad las mediciones de temperatura son fáciles de realizar debido a la gran diversidad de sensores que existen. La selección del sensor depende de la aplicación, pero no su selección no debe de limitar el conocimiento del uso adecuado y/o las verificaciones necesarias a estos para estar dentro de sus tolerancias permitidas y obtener mediciones adecuadas.Dentro de los sensores de temperatura que regularmente se utilizan para los sistemas de medición de temperatura tenemos los termómetros de líquido en vidrio, termopares, termómetros de resistencia de platino, etc.

MEDICIÓN DE LA VELOCIDAD

La velocidad se mide en metros por segundo, como por ejemplo, al cuantificar el valor de la velocidad correspondiente a la acción de mover una parte del sistema de palancas del cuerpo en relación con otra; la velocidad hacia delante del cuerpo al esprintar o en un punto del despegue al saltar; y la velocidad de los instrumentos y de las pelotas al soltarlos o al ser golpeados. El tiempo empleado para desarrollar una cierta tarea puede considerarse también como una medida de la velocidad del atleta. El número de repeticiones de una tarea dentro de un corto período de tiempo puede considerarse como un índice de velocidad.

La velocidad puede ser un factor determinante directamente, como por ejemplo en, la reacción a la pistola en la salida, o indirectamente, como por ejemplo, en el desarrollo de la energía cinética al saltar. La diferencia entre directa e indirecta es que, con la primera, se busca la velocidad máxima mientras que con la última se requiere alguna velocidad óptima para permitir una expresión máxima de la fuerza adecuada. En consecuencia, es importante tener presente que la

velocidad aumenta pero que ello no lleva necesariamente a una mejora del rendimiento.

VELOCIDAD LINEAL

Velocidad lineal: Es lo que se tarda en recorrer un espacio en línea recta. Por ejemplo, los jugadores de baloncesto, deben de tener mucha velocidad lineal para no tardar en llegar al campo del equipo contrario y meter canasta.

La velocidad lineal son los metros que recorres en 1 segundo.La velocidad angular son los grados (o radianes) que recorres en 1 segundo

La velocidad lineal es la distancia que recorre el móvil por unidad de tiempo, en un movimiento circular siempre es tangencial al círculo y se mide en m/s. La velocidad angular es el ángulo barrido por unidad de tiempo y se mide en rad/s o en º/s.

VELOCIDAD ANGULAR

La velocidad angular es una medida de la velocidad de rotación. Se define como el ángulo girado por una unidad de tiempo y se designa mediante la letra griega ω. Su unidad en el Sistema Internacional es el radián por segundo (rad/s).

Aunque se la define para el movimiento de rotación del sólido rígido, también se la emplea en la cinemática de la partícula o punto material, especialmente cuando esta se mueve sobre una trayectoria cerrada (circular, elíptica, etc.).

Es la rapidez con que algo se está a moviendo con movimiento circular, se define la velocidad angular ω como el Numero de vueltas que da el cuerpo por unidad de tiempo. Si un cuerpo tiene gran velocidad angular quiere decir que da muchas vueltas por segundo. La velocidad en el movimiento circular es la cantidad de vueltas que un cuerpo da por segundo. Otra manera de decir lo mismo sería dar el ángulo girado por unidad de tiempo. Esto daría en grados por segundo o en rad por segundo.

w= delta ángulo/delta tiempo= ángulo girado/tiempo empleado

Una misma velocidad angular se puede poner de varias maneras diferentes. Por ejemplo, para los lavarropas o para los motores de los autos se usan las revoluciones por minuto (RPM). También a veces se usan las RPS ( = Revoluciones por segundo ). También se usan los grados por segundo y los radianes por segundo.Es decir, hay muchas unidades diferentes de velocidad angular.

MEDICIÓN DE CAUDAL

Caudal es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Caudal es el volumen de agua que circula a una determinada velocidad en un espacio conocido. Cuando haces el cálculo de la cantidad de agua de una piscina solo multiplicas 3 dimensiones, el largo, ancho y altura de la piscina y te da en metros cúbicos.

Los medidores volumétricos determinan el caudal en volumen del fluido.Hay que señalar que la medida de caudal en la industria se efectúa principalmente con elementos que dan lugar a una presión diferencial al paso del fluido. Entre estos elementos se encuentran los caudalímetros de obstrucción; la placa-orificio o diafragma, la tobera, y el tubo Venturi.

Caudalímetros de obstrucciónExisten tres tipos de caudalímetros de obstrucción; el tubo Venturi, laTobera, y la placa orificio o diafragma. En cada caso, el medidor actúa como unObstáculo al paso del fluido provocando cambios en la velocidad.Consecuentemente, estos cambios de velocidad causan cambios en la presión.En los puntos donde la restricción es máxima, la velocidad del fluido esMáxima y la presión es mínima.

CONTADORES CON ESTRANGULAMIENTO

El tuvo VenturiEl tubo Venturi es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasarPor él un fluido. Está compuesto por una tubería corta recta o garganta entreDos tramos cónicos, uno convergente y uno divergente o de descarga

La toberaLa tobera consta de un tubo corto cuyo diámetro disminuye en formaGradual de un extremo al otro. También posee dos tomas de presión, unaUbicada del lado anterior y otra ubicada del lado posterior de la tobera, en las

Que se puede conectar un manómetro de presión diferencial

Placa orificio La placa de orificio es el elemento primario para la medición de flujo más sencillo, es una lamina plana circular con un orificio concéntrico, excéntrico ó segmentado y se fabrica de acero inoxidable, la placa de orificio tiene una dimensión exterior igual al espacio interno que existe entre los tornillos de las bridas del montaje, el espesor del disco depende del tamaño de la tubería y la temperatura de operación, en la cara de la placa de orificio que se conecta por la toma de alta presión, se coloca perpendicular a la tubería y el borde del orificio, se tornea a escuadra con un ángulo de 900 grados

CONTADORES DE VELOCIDAD DE FLUIDO.

Como la determinación de la velocidad en cierto número de puntos de una sección transversal permite evaluar la descarga, la medición de la velocidad es una fase importante al medir el flujo. La velocidad se determina midiendo el tiempo que requiere una partícula determinada para viajar una distancia conocida. Esta técnica se ha desarrollado para estudiar el flujo en regiones tan pequeñas que el flujo normal sería alterado y posiblemente desaparecería la introducir un instrumento para medir la velocidad.

Normalmente, sin embargo, el dispositivo no mide en forma directa la velocidad sino una cantidad mesurable que puede relacionarse con la velocidad. El tubo pitot opera bajo este principio y es uno de los métodos más exactos para medir la velocidad. Este consiste en un tubo de vidrio o una jeringa hipodérmica con un doblez a 90º y se usa para medir la velocidad v en un canal abierto. La abertura del tubo, se coloca corriente arriba, de modo que el fluido fluye en la abertura hasta que la presión del tubo aumente lo suficiente como para resistir el impacto de la velocidad contra él. Enfrente de la abertura, el fluido está en reposo. La línea de corriente que pasa a través del punto 1 conduce al punto 2, que es el punto de estancamiento donde el fluido está en reposo, en la cual se divide y circula alrededor del tubo.

El tubo de Prandtl, que es un tipo especial de un tubo pitot estático con nariz redondeada, se ha diseñado de modo que las perturbaciones debidas a la nariz y al brazo se cancelen y resulta

C = 1 en la ecuación. Para otros tubos pitot estáticos, la constante C debe determinarse por calibración.

El medidor de corrientes sirve para medir la velocidad de flujo de un liquido en canales abiertos. Las copas están diseñadas de manera que el arrastre varíe con la orientación, generándose una rotación relativamente pequeña. Al emplear un circuito eléctrico y audífonos es posible detectar una señal audible para un número fijo de revoluciones. El número de señales en un tiempo dado esta en función de la velocidad. Los medidores se calibran arrastrándolos a una velocidad conocida en un fluido. Para medir flujos a alta velocidad se usa un medidor de corriente con un propulsor como elemento rotatorio, ya que ofrece menor resistencia al flujo.

CONTADORES VOLUMÉTRICOS DE FLUIDO

Los medidores de desplazamiento positivo miden la cantidad de fluido que circula por un conducto, dividiendo el flujo en volúmenes separados y sumando los volúmenes que pasan a través del medidor.

En cada medidor, se pueden destacar tres componentes comunes:

cámara, que se encuentra llena de fluido, desplazador, que bajo la acción del fluido circulando, transfiere el

fluido desde el final de una cámara a la siguiente, y mecanismo (indicador o registrador), conectado al desplazador,

que cuenta el número de veces que el desplazador se mueve de una parte a otra en la cámara de trabajo.

Un problema importante que se debe tener en cuenta al fabricar un medidor de desplazamiento positivo es conseguir una buena estanqueidad de las partes móviles, evitando un par de rozamiento inaceptable y que la cantidad de líquido de escape a través del medidor sea moderada. Por esta razón, es necesario calibrar el medidor de desplazamiento a varios caudales, dentro del margen de utilización, con un fluido de viscosidad conocida.

En cuanto a los tipos de medidores para líquidos se encuentran los siguientes:

a) medidores de tipo pistón,b) medidores de paletas deslizantes, yc) medidores de engranajes.

Los medidores de tipo pistón se utilizan, habitualmente, para medidas precisas de pequeños caudales, siendo una de sus aplicaciones en unidades de bombeo de distribución de petróleo.

Los medidores de paletas deslizantes se usan para medir líquidos de elevado coste, siendo instalados, generalmente, en camiones cisternas para la distribución de combustible para la calefacción.

Los medidores de engranajes encuentran aplicaciones para un amplio margen de líquidos y condiciones de funcionamiento, aunque la precisión de la medida no es tan elevada.

Medidor de pistón oscilante

En la siguiente figura se aprecia una sección transversal de un medidor de pistón oscilante mostrando las cuatro etapas de su ciclo de funcionamiento.

Medidores de paletas deslizantes

En la figura se muestra un medidor de paletas deslizantes, que consta de un rotor con unas paletas, dispuestas en parejas opuestas, que se pueden deslizar libremente hacia adentro y hacia afuera de su alojamiento. Los miembros de las paletas opuestas se conectan rígidamente mediante varillas, y el fluido circulando actúa sobre las paletas sucesivamente, provocando el giro del rotor.

Medidores de engranajes

Entre los más importantes medidores de engranajes se pueden destacar los siguientes:

– medidores de rueda oval, y– medidores helicoidales.

Medidores de rueda oval

El medidor de rueda oval, que se muestra en la figura, dispone de dos ruedas ovales que engranan entre sí y tienen un movimiento de giro debido a la presión diferencial creada por el flujo de líquido. La acción del líquido actúa de forma alternativa sobre cada una de las ruedas, dando lugar a un giro suave de un par prácticamente constante. Tanto la cámara de medida como las ruedas están mecanizadas con gran precisión, con el fin de conseguir que el deslizamiento entre ellas se produzca con el mínimo rozamiento, sin que se formen bolsas o espacios muertos y desplazando la misma cantidad de líquido en cada rotación.

La principal ventaja de estos medidores es que la medida realizada es prácticamente independiente de variaciones en la densidad y en la viscosidad del líquido.

Medidor de Rueda Oval

Medidores helicoidales

En la figura se muestra un medidor de tipo helicoidal, cuyo funcionamiento es similar al de la rueda oval, por lo que no merece más detalles.

MEDICIÓN DE LA PRESIÓN

La presión puede definirse como una fuerza por unidad de área o superficie, en donde para la mayoría de los casos se mide directamente por su equilibrio directamente con otra fuerza, conocidas que puede ser la de una columna liquida un resorte, un embolo cargado con un peso o un diafragma cargado con un resorte o cualquier otro elemento que puede sufrir una deformación cualitativa cuando se le aplica la presión.

Para medir la presión queda determinada por el cociente entreUna fuerza y el área sobre la que actúa esa fuerza.Así, si una fuerza F actúa sobre una superficie A, laPresión P queda estrictamente definida por laSiguiente expresión:P = F /A

PRESIÓN DIFERENCIAL

Este método es el más común en la medición de nivel para tanques abiertos o cerrados.

Método de presión diferencialLas tomas de presión diferencial; se hacen, una en la parte inferior, otra en la parte superior, siempre y cuando se trate de tanques cerrados sometidos a presión, cuando es para tanques abiertos la toma de baja presión se ventea a la atmósfera

El medidor de presión diferencial consiste en un diafragma en contacto con el líquido del tanque, que mide la presión hidrostática en un punto del fondo del tanque. En un tanque abierto esta presión es proporcional a la altura del líquido en ese punto y a su peso específico. Es decir: gHP en la que:

P = PresiónH = altura de líquido sobre el instrumentoγ = densidad del líquidog = 9,8 m/s2

El diafragma forma parte de un transmisor neumático, electrónico o digital de presión diferencial semejante a los transmisores de caudal de diafragma.

En el tipo más utilizado, el diafragma está fijado en una brida que se monta rasante al tanque para permitir sin dificultades la medida de nivel de fluidos, tales como pasta de papel y líquidos con sólidos en suspensión, pudiendo incluso ser de montaje saliente para que el diafragma enrase completamente con las paredes interiores del tanque tal como ocurre en el caso de líquidos extremadamente viscosos en que no puede admitirse ningún recodo.

MANÓMETRO DE TUBO EN FORMA DE "U"

La forma más tradicional de medir presión enForma precisa utiliza un tubo de vidrio enForma de "U", donde se deposita una cantidad De líquido de densidad conocida (paraPresiones altas, se utiliza habitualmenteMercurio para que el tubo tenga dimensionesRazonables; sin embargo, para presionesBajas el manómetro en U de mercurio seríaPoco sensible).El manómetro en forma de "U" conforma unSistema de medición más bien absoluto y noDepende, por lo tanto, de calibración. EstaVentaja lo hace un artefacto muy común. SuDesventaja principal es la longitud de tubosNecesarios para una medición de presionesAltas y, desde el punto de vista de la

Instrumentación de procesos, no es sencilloTransformarlo en un sistema de transmisiónRemota de presión.