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3.1 Introducción a la óptica 2

3.2 Óptica Geométrica 2

3.3 Óptica Física 4

3.4 Diferencia, ventajas y desventajas de instrumentos analógicos y digitales

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3.5 Instrumentos Ópticos 5

3.6 Instrumentos Mecánicos 7

3.7 Medidores de presión 13

3.8 Medidores de torsión 17

3.9 Medidores de esfuerzos mecánicos 21

3.10

Medidores de dureza 24

3.11

Instrumentos de medición por coordenadas (X,Y,Z)

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3.1 INTRODUCCIÓN A LA ÓPTICA

La óptica es la parte de la física que estudia a la luz, sus propiedades y todos los fenómenos relacionados con la luz.

Para el estudio de la luz la óptica se divide en dos ramas: la óptica geométrica y la óptica física.

Óptica

El principal estudio de la óptica es la luz. La luz es una energía de radicación llamada electromagnética, esto quiere decir que es una onda electromagnética, ósea que está compuesta de electricidad y de magnetismo.

Para controlar la luz existen tres manera:

1. Bloqueándola: esto quiere decir que se pone un objeto para bloquear la luz.

2. Reflejándola: esto como su nombre lo dice consiste en reflejar la luz con un objeto de superficie pulida, como un espejo.

3. Doblándola: es cuando la luz cambia de ambiente como cuando observamos la luz a través del agua.

El estudio de la luz es muy importante ya que la vida cotidiana le hemos dado un sinfín de usos tal es en el caso de cosas que usamos a diario como, los reproductores de CD y DVD entre otros aparatos de uso cotidiano.

3.2 ÓPTICA GEOMÉTRICA

El estudio de las imágenes, producidas por refracción o por reflexión de la luz se llama óptica geométrica. La óptica geométrica se ocupa de las trayectorias de los rayos luminosos, despreciando los efectos de la luz como movimiento ondulatorio, como las interferencias. Estos efectos se pueden despreciar cuando el tamaño la longitud de onda es muy pequeña en comparación de los objetos que la luz encuentra a su paso. 

Para estudiar la posición de una imagen con respecto a un objeto se utilizan las siguientes definiciones:

Eje óptico. Eje de abscisas perpendicular al plano refractor. El sentido positivo se toma a la derecha al plano refractor, que es el sentido de avance de la luz.

Espacio objeto. Espacio que queda a la izquierda del dioptrio. Espacio imagen. Espacio que queda a la derecha del dioptrio.

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Imagen real  e imagen virtual. A pesar del carácter ficticio de una imagen se dice que una imagen es real si está formada por dos rayos refractados convergentes. Una imagen real se debe observar en una pantalla. Se dice que es virtual si se toma por las prolongaciones de dos rayos refractados divergentes.

Dos puntos interesantes del eje óptico son el foco objeto y el foco imagen:

Foco objeto. Punto F del eje óptico cuya imagen se encuentra en el infinito del espacio imagen.

Foco imagen. Punto F´ del eje óptico que es la imagen de un punto del infinito del espacio objeto.  

La construcción de imágenes es muy sencilla si se utilizan los rayos principales:

Rayo paralelo: Rayo paralelo al eje óptico que parte de la parte superior del objeto. Después de refractarse pasa por el foco imagen.

Rayo focal: Rayo que parte de la parte superior del objeto y pasa por el foco objeto, con lo cual se refracta de manera que sale paralelo . Después de refractarse pasa por el foco imagen.

Rayo radial: Rayo que parte de la parte superior del objeto y está dirigido hacia el centro de curvatura del dioptrio. Este rayo no se refracta y continúa en la mismas dirección ya que el ángulo de incidencia es igual a cero.

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3.3 ÓPTICA FÍSICA

La física óptica, o ciencia óptica, es un subcampo de la física atómica, molecular y óptica. Es el estudio de la generación de la radiación electromagnética, las propiedades de esa radiación, y la interacción de esa radiación con la materia, especialmente su manipulación y control. Se diferencia de la óptica general y de la ingeniería óptica en que está enfocada en el descubrimiento y aplicación de nuevos fenómenos. No hay una diferencia relevante, sin embargo, entre la física óptica, y la óptica aplicada, dado que los dispositivos de la ingeniería óptica y los usos de la óptica aplicada son necesarios para realizar investigación básica en la física óptica, y esa investigación conduce al desarrollo de nuevos dispositivos y aplicaciones. A menudo las mismas personas intervienen en el desarrollo de la investigación básica y de la tecnología aplicada.

Los investigadores en la física óptica utilizan y desarrollan fuentes de luz que abarcan todo el espectro electromagnético desde las microondas hasta los rayos X. El campo incluye la generación y detección de la luz, procesos lineales y no lineales, y la espectroscopia.

Los láser y el la espectroscopia láser han transformado la ciencia óptica. Un importante campo de estudio de la física óptica es la óptica cuántica y la luz coherente, y la óptica de los femtosegundos.

La física óptica, también se ocupa de brindar apoyo en áreas tales como la respuesta no lineal de átomos aislados a campos electromagnéticos breves intensos, la interacción átomo-cavidad en campos intensos, y las propiedades cuánticas del campo electromagnético. Otras áreas de investigación importantes incluyen el desarrollo de las nuevas técnicas ópticas para mediciones nanotecnología óptica, óptica difractiva, interferometría de baja coherencia, tomografía por coherencia óptica y la microscopía de campo cercano. La investigación en la física óptica pone énfasis en la ciencia y tecnología óptica de alta velocidad. Las aplicaciones de la física óptica crean avances en el ámbito de las telecomunicaciones, medicina, la fabricación de alimentos, e incluso entretenimiento.

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3.4 DIFERENCIA, VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE INSTRUMENTOS ANALÓGICOS Y DIGITALES

INSTRUMENTOS ANALÓGICOS

INSTRUMENTOS DIGITALES

VENTAJAS Bajo costo No requieren de energía de

alimentación No requieren gran sofisticación Presentan con facilidad las

variaciones cualitativas de los parámetros para visualizar rápidamente si el valor aumenta o disminuye

Es sencillo adaptarlos a diferentes tipos de escalas no lineales

Tienen alta resolución alcanzando en algunos casos más de nueve cifras

No están sujetos a error de paralaje

Pueden eliminar la posibilidad de errores por confusión de escalas

Rapidez de lectura Puede entregar información

digital para procesamiento inmediato en computadora

DESVENTAJAS

Tienen poca resolución, típicamente no proporcionan más de tres cifras

El error de paralaje limita la exactitud a +-0.5% a plena escala en el mejor de los casos

Las lecturas se presentan a errores graves cuando el instrumento tiene varias escalas

La rapidez de la lectura es baja No pueden emplearse como

parte de un sistema de procesamiento de datos tipo digital

Costo elevado Son complejos en su

construcción Las escalas no lineales son

difíciles de introducir En todos los casos requieren

fuente de alimentación

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3.5 INSTRUMENTOS OPTICOS

Un instrumento óptico sirve para procesar ondas de luz con el fin de mejorar una imagen para su visualización, y para analizar las ondas de luz para determinar propiedades características. Están constituidos por diversas clases de lentes, prismas y/o espejos.

MICROSCOPIOS: Las aplicaciones de estos aparatos están destinados fundamentalmente a la medición de longitudes, pero su campo de medición es más reducido empleándose en consecuencia para la medición de piezas relativamente pequeñas, reglas, herramientas, etc.El objeto de muy pequeñas dimensiones que se desea examinar se coloca en una placa de vidrio llamado porta objetos, se coloca a distancia algo superior a la distancia focal del objeto, iluminándola por la parte inferior mediante un espejo plano. Se forma una imagen real y aumentada dentro de la distancia focal del ocular que a su vez produce una imagen virtual, todavía mayor en algún punto situado entre el próximo y el distante del observador.

COMPARADORES: Son amplificadores que permiten efectuar la medición de la longitud por comparación. El sistema de amplificación utilizada en estos aparatos es el de palanca de reflexión.

PERFILOMETROS: En estos aparatos la imagen del perfil de la pieza es aumentada por un microscopio y proyectada por medio de espejos sobre una pantalla de vidrio deslustrado. El aumento de las dimensiones de las piezas en imagen proyectada puede ser de 10, 20, 50 y hasta 100 veces.Las mediciones del perfil proyectado puede hacerse sobre la pantalla con reglas graduadas, teniendo en cuenta el aumento de la imagen. Las mediciones regulares se realizan con transportadores graduados de material transparente.

LUPAS: Permite que el ojo vea una imagen según el ángulo visual mayor que el ángulo con el que vería el objeto sin su intermedio. La relación entre los dos ángulos representa el aumento angular.

TELESCOPIOS: Los telescopios astronómicos se dividen en reflectores y refractores. Un refractor puede construirse mediante 2 lentes sencillas, en forma parecida a un microscopio compuesto.Una lente de gran tamaño ( longitud ) focal hace de objetivo siendo su misión recoger tanta luz como sea posible. El ocular es una lente de corta longitud focal. El objetivo forma una imagen real y disminuida de un cuerpo celeste, a la que a su vez se observa mediante el ocular.

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TEODOLITOS: Instrumento de precisión que se compone de un circuito horizontal y un semicírculo vertical, ambos graduados y provistos de anteojos, para medir ángulos en sus planos respectivos.

NIVELES: Los niveles se usan para inspeccionar superficies planas y ángulos rectos. Aunque estas herramientas no están clasificadas en revalidada como calibradores, sirve básicamente para los mismos propósitos.

La mayoría de los niveles que se usan en el taller de maquinado pertenece al tipo de alcohol o de burbuja y se utilizan en una amplia gama de ajustes de piezas de trabajo y en la instalación de maquinas herramientas.

CAMARAS FOTOGRÁFICAS: Las cámaras fotográficas se parecen a cierto modo al ojo en algunos detalles, proporcionando como el ojo, una imagen real e invertida de los objetos. La cámara requiere de un concurse de un fotómetro para guardar adecuadamente la abertura.

3.6 INTRUMENTOS MECANICOS.

Los instrumentos mecánicos son los instrumentos de medición que deben ser manipulados físicamente por el inspector. Los dispositivos mecánicos pueden ser de pasa-no pasa o variables.

Los instrumentos mecánicos cada día son remplazados por electrónica que nos permite tener una mejor resolución y evitan errores de paralaje. Sin embargo hoy por hoy constituyen una alternativa económica en algunos casos.

APARATOS OPTICOS PARA LA MEDICION DE LA RUGOSIDAD: Se reservan generalmente para uso de los laboratorios y salas de metrología, por la delicadeza de su manejo.

BANCOS PARA MEDIR Ó MAQUINAS PARA MEDIR LONGITUDES: Estas maquinas están destinadas fundamentalmente a la medición de longitudes, aun cuando mediante accesorios adecuados pueden algunas de ellas utilizarse también para mediciones angulares.

BLOQUES PATRON: Estas herramientas se usan para efectuar operaciones de calibración, de precisión y para calibrar otras herramientas de medición.

COMPARADORES: Son amplificadores que permiten efectuar la medición de una longitud por comparación, después de ser calibrada.

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COMPARADORES DE AMPLIACION MECANICA: También conocidos como comparadores de contacto como los tipos más corrientes son los de:

Ampliación por engranes Ampliación por palanca.

COMPARADORES DE AMPLIACION OPTICA: El fundamento del sistema de aplicación utilizada en estos aparatos es el de palanca de reflexión.

COMPARADORES UNIVERSALES: Son aparatos de construcción mas resientes y que, debido a su reducción de tamaño y a la disposición de su palpador, permite mediciones en lugares difíciles e incluso imposible para los comparadores normales.

MEDIDOR DE ANILLOS EN EQUILIBRIO: Es un medidor del momento de torsión radial que utiliza un cuerpo anular hueco para convertir la presión diferencial correspondiente a una diferencial en la presión estática, en la rotación que se trasmite al registrador o indicador.

MANÓMETRO DE PESO MUERTO: Consta de un embolo maquinado con exactitud que se introduce de ajuste apretado, los dos de área de la sección transversal conocida.

MANÓMETRO: El manómetro que más se usa es el de tipo de tubo en U , lleno parcialmente de liquido apropiado. Este tipo de manómetro es uno de los más usados para medir presiones, fluidos en condiciones de estado estacionario; en general se desprecia los efectos por capilaridad.

MICROMANÓMETRO: Sirven como estándares de presión en el intervalo de 0, 005 a 500 ml. De agua.

Tipo micrométrico: En este tipo de micro manómetros, los efectos de meñisco y por capilaridad se minimizan midiendo los desplazamientos de liquido con tornillos micrométrico dotados con índices ajustables de agua localizados en el centro, o cerca de él, de tubos transparentes grandes unidos en su base para formar una v

Tipo prandtl: Consta de un recipiente de diámetro grande y un tubo inclinado con dos marcas conectados a través de un tubo flexible.

Micro manómetro de aire: Un micro manómetro sumamente sencillo, de alta respuesta, usa aire como fluido de trabajo y , por consiguiente evita todos los defectos por capilaridad y de meñisco que por lo general se encuentra en la manometría con líquidos.

Manómetro de mcleod: Este es un manómetro de mercurio modificado que se utiliza principalmente para medir presiones de vacío desde un ml. Hasta 0, 000 000 1 ml. De Hg Mide una presión diferencial y, por consiguientes muy sensible.

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MICROCALIBRADORES: Se utiliza para las mediciones de más alta medición en las salas de metrología.

MICROSCOPIO DE MEDICION: Las aplicaciones de estos aparatos son similares a los de las maquinas de medir, pero su campo de medición es más reducido, empleándose en consecuencia para la medición de piezas relativamente pequeñas, galgas, herramientas, etc.

NIVELES: Las reglas de borde recto y las escuadras se utilizan para inspeccionar superficies planas y ángulos rectos:

Niveles de bolsillo. Niveles de dos ejes. Niveles de precisión.

NIVELES DE AIRE O NIVELES DE BURBUJA: Esta formado básicamente por un tubito de vidrio curvado determinado. El tubo está lleno de un liquido muy fluido (éter o alcohol), dejando una burbuja de 20 a 30 ml. De longitud.

PIROMETRO OPTICO MONOCROMATICO: Es el más exacto de todos los pirómetros de radiación y se utiliza como estándar de calibración por encima del punto de oro. Sin embargo está limitado a temperaturas superiores a 700 C. ya que requiere que un operador humano compare visualmente la brillantez.

REGLAS DE ACERO: Es la herramienta de medición más simple y versátil que utiliza el mecánico:

Regla con temple de muelle. Reglas angostas. Reglas flexibles. Reglas de ganchos.

TERMOMETRO DE CRISTAL DE CUARZO: Este está basado en la sensibilidad de la frecuencia resonante de un cristal de cuarzo resistente a los cambios de temperatura.

TERMOMETRO DE EXPANCION:

Expansión de sólidos:

Termómetros de varilla sólida.

Termómetros bimetálicos.

Expansión de líquidos :

Termómetros de líquidos de vidrio.

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Termómetros de liquido en metal.

Expansión en gases:

Termómetro de gas.

MICROMETRO: Es un dispositivo que mide el desplazamiento del husillo cuando este es movido mediante el giro de un tornillo, lo que convierte al movimiento giratorio del tambor en movimiento lineal del husillo. El desplazamiento de este lo amplifica la rotación del tornillo y el diámetro del tambor.

Las graduaciones de alrededor de la circunferencia del tambor permiten leer un cambio pequeño en la posición del husillo.

MICROMETROS PARA APLICACIÓN ESPECIAL:

Micrómetros para tubo: este tipo de micrómetro está diseñado para medir el espesor de la pare3d de partes tubulares, tales como cilindros o collares. Existen tres tipos los cuales son:

Tope fijo esférico Tope fijo y del husill0o esféricos Tope flujo tipo cilíndrico

MICROMETRO PARA RANURAS: En este micrómetro ambos topes tiene un pequeño diámetro con el objeto de medir pernos ranurados, cuñeros, ranuras, etc., el tamaño estándar de la porción de medición es de 3 mm de diámetro y 10 mm de longitud.

MICROMETRO DE PUNTAS: Estos micrómetros tiene ambos topes en forma de punta . Se utiliza para medir el espesor del alma de brocas, el diámetro de raíz de roscas externas , ranuras pequeñas y otras porciones difíciles de alcanzar. El ángulo de los puntos puede ser de 15 ,30, 45, o 60 grados . Las puntas de medición normalmente tiene un radio de curvatura de 0, 3 mm, ya que ambas puntas pueden no tocarse ; un bloque patrón se utiliza para ajustar el punto cero. Con el objeto de `proteger las puntas , la fuerza de medición en el trinquete es menor que la del micrómetro estándar de exteriores.

MICROMETRO PARA CEJA DE LATAS: Este micrómetro esta especialmente diseñado para medir los anchos y alturas de cejas de latas.

MICROMETRO INDICATIVO: Este micrómetro cuenta con un indicador de carátula . El tope del arco `puede moverse una pequeña distancia en

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dirección axial en su desplazamiento lo muestra el indicador. Este mecanismo permite aplicar una fuerza de medición uniforme a las piezas.

MICROMETRO DE EXTERIORES CON HUSILLO NO GIRATORIO: En los micrómetros normales el husillo gira con el tambor cuando este se desplaza en dirección axial . A su vez, en este micrómetro el husillo no gira cuando es desplazado . Debido a que el husillo no giratorio no produce torsión radial sobre las caras de medición , el desgaste de las mismas se reduce notablemente. Este micrómetro es adecuado para medir superficies con recubrimiento, piezas frágiles y características de partes que requieren una posición angular especifica de la cara de medición del husillo.

MICROMETRO CON DOBLE TAMBOR: Una de las características del tipo no giratorio con doble tambor, es que la superficie graduada del tambor esta al ras con la superficie del cilindro en que están grabadas la línea índice y la escala vernier , lo cual permite lecturas libres de error de paralaje.

MICROMETRO TIPO DISCOS PARA ESPESOR DE PAPEL: Este tipo es similar al micrómetro tipo discos de diente de engrane , pero utiliza un husillo no giratorio con el objeto de eliminar torsión sobre la superficie de la pieza, lo que hace adecuado para medir papel o `piezas delgadas.

MICROMETRO DE CUCHILLAS: En este tipo los topes son cuchillas por lo que ranuras angostas cuñeros, y otras porciones difíciles de alcanzar pueden medirse .

MICROMETROS PARA ESPESOR DE LAMINAS: Este tipo de micrómetros tiene un arco alargado capaz de medir espesores de laminas en porciones alejadas del borde de estas. La profundidad del arco va de 100 a 600 mm.

MICROMETRO PARA DIENTES DE ENGRANE: El engrane es uno de los elementos más importantes de una maquina , por lo que su medición con frecuencia requerida para asegurar las características deseadas de una maquina. Para que los engranes ensamblados funcionen correctamente , sus dientes devén engranar adecuadamente entre ellos sin cambiar su distancia entre los dos centros de rotación.

MICROMETROS PARA DIMENSIONES MAYORES A 25 MM: Para medir dimensiones exteriores mayores a 25 mm ( 1 plg ) se tienen 2 opciones. La primera consiste en utilizar una serie de micrómetros para mediciones de 25 a 50 mm ( de 1 a 2 plg. ) , 50 a 75 mm ( 2 a 3 plg. ), etc. La segunda consiste en utilizar un micrómetro con rango de medición de 25 mm y arco grande con tope de medición intercambiable.

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MICROMETROS DE INTERIORES: Al igual que los micrómetros de exteriores los de interiores están diversificados en muchos tipos para aplicaciones especificas y pueden clasificarse en los siguientes tipos:

Tubular Calibrador 3 puntos de contacto.

CALIBRADORES: El vernier es una escala auxiliar que se desliza a través de una escala principal para permitir en esta lectura fracciónales exactas de la mínima división.

Para lograr lo anterior una escala vernier esta graduada en un numero de divisiones iguales en la misma longitud que n-1 divisiones de la escala principal; ambas escalas están marcadas en la misma dirección. Una fracción de 1/n de la mínima división de la escala principal puede leerse .

VERNIER ESTANDAR: Este tipo de vernier es el más comúnmente utilizado , tiene n divisiones que ocupan la misma longitud que n-1 divisiones sobre la escala principal.

VERNIER LARGO: Está diseñado para que las graduaciones adyacentes sean más fáciles de distinguir.

VERNIER EN PULGADAS: El índice 0 del vernier está entre la segunda y tercera graduaciones después de la graduación de una pulgada sobre la escala principal. El vernier esta graduado en 8 divisiones que ocupan 7 divisiones sobre la escala principal.

CALIBRADOR VERNIER TIPO M: Llamado calibrador con barras de profundidades este calibrador tiene un cursor abierto y puntas para medición de interiores. Los calibradores con un rango de 300 mm o menos cuentan con una barra de profundidades mientras que carecen de ella los de rango de medición de 600 mm y 1000 mm. Algunos calibradores vernier tipo M están diseñados para facilitar la medición de peldaño, ya que tienen un borde del cursor al ras con la cabeza del brazo principal cuando las puntas de medición están completamente cerradas.

CALIBRADOR VERNIER TIPO CM: Tiene un cursos abierto y está diseñado en forma tal que las puntas de medición de exteriores pueden utilizarse en la medición de interiores . Este tipo por lo general cuanta con un dispositivo de ajuste opera el movimiento fino del cursor.

CALIBRADORES DE CARATULA CON FUERZA CONSTANTE: En la actualidad se utilizan en gran escala , materiales plásticos para partes maquinadas, los cuales requieren una medición dimensional exacta. Debido a que estos materiales son suaves, pueden deformarse con la fuerza de

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medición de los calibradores y micrómetros ordinarios, lo que provocaría mediciones inexactas. Los calibradores con carátula con fuerza constante han sido creados para medir materiales fácilmente deformables.

3.7.- MEDIDORES DE PRESIÓN 

Presión

La presión se define como fuerza ejercida sobre una superficie por unidad de área. En ingeniería, el término presión se restringe generalmente a la fuerza ejercida por un fluido por unidad de área de la superficie que lo encierra. De esta manera, la presión (P) de una fuerza (F) distribuida sobre un área (A), se define como:

Existen muchas razones por las cuales en un determinado proceso se debe medir presión. Entre estas se tienen:

Calidad del producto, la cual frecuentemente depende de ciertas presiones que se deben mantener en un proceso.

Por seguridad, como por ejemplo, en recipientes presurizados donde la presión no debe exceder un valor máximo dado por las especificaciones del diseño.

En aplicaciones de medición de nivel. En aplicaciones de medición de flujo.

En el sistema Internacional de Unidades, la unidad de medida de presión es el Pascal (Pa), que se define como la fuerza ejercida por un Newton (N) sobre un área de un metro cuadrado (m2). O sea, Pa = N/m2. Esta es una unidad de presión muy pequeña, pero el kilo pascal (KPa), 1.000 Pa, permite expresar fácilmente los rangos de presión comúnmente más usados en la industria petrolera. Otras de las unidades utilizadas son el Kilogramo por centímetro cuadrado (Kg./cm2); libras por pulgada cuadrada (Psi); bar, y otros.

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En la tabla 1 se presentan los factores de conversión entre las unidades de presión más comunes.

Tabla 1. Factores de conversión para unidades de presión.

Instrumentos para medición de la presión

1. Instrumentos mecánicos

Los instrumentos mecánicos utilizados para medir presión cuyas características se resumen en la tabla 2, pueden clasificarse en:

Columnas de Líquido:

Manómetro de Presión Absoluta. Manómetro de Tubo en U. Manómetro de Pozo. Manómetro de Tubo Inclinado. Manómetro Tipo Campana.

Instrumentos Elásticos:

Tubos Bourdon. Fuelles. Diafragmas.

Instrumentos electromecánicos y electrónicos

Los instrumentos electromecánicos y electrónicos utilizados para medir presión pueden clasificarse en:

Medidores de Esfuerzo (Strain Gages) Transductores de Presión Resistivos Transductores de Presión Capacitivos Transductores de Presión Magnéticos

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Transductores de Presión Piezoeléctricos

 Tabla 2. Principales características de los instrumentos para medir presión.

Los medidores de presión son instrumentos de precisión fabricados para medir la presión sanguínea, la presión de líquidos y gases en tuberías o tanques de almacenamiento y la presión atmosférica, a grandes rasgos, teniendo para cada uso diversos equipos disponibles de acuerdo a las necesidades.Dependiendo de las aplicaciones de los medidores de presión, son las unidades disponibles para sus resultados, además de que algunos reciben nombres diferentes dependiendo también del tipo de presión que van a medir.

Manómetro de tubo de Bourdon

Este medidor de presión tiene una amplia variedad de aplicaciones para realizar mediciones de presión estática; es barato, consistente y se fabrica en diámetros de 2 pulgadas (50 mm) en caratula y tienen una exactitud de hasta 0.1% de la lectura a escala plena; con frecuencia se emplea en el laboratorio como un patrón secundario de presión.

Un manómetro con tubo bourbon en los que la sección transversal del tubo es elíptico o rectangular y en forma de C. Cuando se aplica presión interna al tubo, este se reflexiona elástica y proporcionalmente a la presión y esa deformación se transmite a la cremallera y de esta al piñón que hace girar a la aguja indicadora a través de su eje. Las escalas, exactitudes y modelos difieren de acuerdo con el diseño y aplicación, con lo que se busca un ajuste que de linealidad optima e histéresis mínima.

Manómetro de tubo abierto

 Un aparato muy común para medir la presión manométrica es el manómetro de tubo abierto. El manómetro consiste en un tubo en forma de U que contiene un líquido, que generalmente es

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mercurio. Cuando ambos extremos del tubo están abiertos, el mercurio busca su propio nivel ya que se ejerce una atmósfera de presión sobre cada uno de ellos. Cuando uno de los extremos se conecta a una cámara presurizada, el mercurio se eleva hasta que la presiones se igualan.

 La diferencia entre los dos niveles de mercurio es una medida de presión manométrica: la diferencia entre la presión absoluta en la cámara y la presión atmosférica en el extremo abierto. El manómetro se usa con tanta frecuencia en situaciones de laboratorio que la presión atmosférica y otras presiones se expresan a menudo en centímetros de mercurio o pulgadas de mercurio. 

Barómetros

La presión, por definición, es la fuerza aplicada por unidad de superficie, dando cabida a una gran gama de acciones y eventos donde se ejerce y es necesario el uso e medidores de presión para evaluar su magnitud.

Los medidores de presión más conocidos son los barómetros, ya que son utilizados para medir la presión atmosférica como un indicador de los cambios climáticos en cualquier región. Lo que realmente hacen estos barómetros es medir cual es la presión ejercida por el peso de la atmosfera por unidad de superficie, dependiendo del sistema de medición que se utilice. Las diferentes dimensiones utilizadas para la presión atmosférica comprenden los kilogramos por centímetro cuadrado, libras por pulgada cuadrada, milímetros de

mercurio y atmósferas, entre otros.  

Barómetro de mercurio

 U n barómetro de mercurio ordinario está formado por un tubo de vidrio de unos 850 mm de altura, cerrado por el extremo superior y abierto por el inferior. Cuando el tubo se llena de mercurio y se coloca el extremo abierto en un recipiente lleno del mismo líquido, el nivel del tubo cae hasta una altura de unos 760 mm por encima del nivel del recipiente y deja un vacío casi perfecto en la parte superior del tubo. Las variaciones de la presión atmosférica hacen que el líquido del tubo suba o baje ligeramente; al nivel del mar no suele caer por debajo

de los 737 mm ni subir más de 775 mm. Cuando el nivel de mercurio se lee con una escala graduada denominada nonius y se efectúan las correcciones oportunas según la altitud y la latitud (debido al cambio de

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la gravedad efectiva), la temperatura (debido a la dilatación o contracción del mercurio) y el diámetro del tubo (por los efectos de capilaridad), la lectura de un barómetro de mercurio puede tener una precisión de hasta 0,1 milímetros.

Barómetro Aneroide

Un barómetro más cómodo (y casi tan preciso) es el llamado barómetro aneroide, en el que la presión atmosférica deforma la pared elástica de un cilindro en el que se ha hecho un vacío parcial, lo que a su vez mueve una aguja. A menudo se emplean como altímetros (instrumentos para medir la altitud) barómetros aneroides de características adecuadas, ya que la presión disminuye rápidamente al aumentar la altitud. Para predecir el tiempo es imprescindible averiguar el tamaño, forma y movimiento de las masas de aire continentales; esto puede lograrse realizando observaciones barométricas simultáneas en una serie de puntos distintos. El barómetro es la base de todos los pronósticos meteorológicos.

3.8 MEDIDORES DE TORSION

Manómetro diferencial

El movimiento del núcleo debido a la diferencia de presiones P1 Y P2 hace que las espiras del transformador y el campo magnético entre primarios y secundario se fortifique o se debilite, lo que permite realizar mediciones con manómetros comerciales de presiones hasta de 0.000035 psi (0.24). El principio eléctrico en el autotransformador está basado en las leyes de feraday-lenz del electromagnetismo.

Un campo magnético entre un primario y un secundario: Enrollamientos de alambre de transformador eléctrico que produce un campo magnético entre dichos enrollamientos al paso de la corriente eléctrica alterna.

Registrador de presión diferencial

El registrador de presión diferencial PCE-MS cuenta con rangos de medición a elegir por el usuario (p.e. el modelo PCE-MS 3: 25, 50, 100 o 250 Pa), con salidas analógicas a elegir y con una pantalla LCD. Este registrador de presión diferencial se alimentan a través de la red (13 ... 30 VDC / VAC). Ha sido especialmente concebido para usuarios que se mueven en rangos de presión de precisión. Podrá volver a configurarlo in situ siempre que lo desee. La estabilidad obtenida para periodos prolongados es superior al 0,5 % (con respecto a todo elrango de medición).

PAR MECANICO DE DEFINICION DE TORSION

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Se dice que una barra esta en torsión cuando esta rígidamente sujeta en uno de sus extremos y torcida en el otro extremos y torcida en el otro extremo por un par mecánico o torque (t(=fd)) aplicar en un plano perpendicular al eje de la barra.

EFECTOS DE LA TORSION

Los efectos de la carga torsional aplicados a una barra son:

1. Impartir un desplazamiento angular en la sección transversal de un extremo con respecto al otro.

2. Registrar un esfuerzo cortante sobre cualquier sección transversal de la barra perpendicular a su eje.

MOMENTO DE TORSION

Ocasionalmente un número de pares actúan a lo largo de un eje. En este caso es conveniente introducir una nueva cantidad. El momento de torsión para cualquier

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sección a lo largo de la barra se define como la suma algebraica de los momentos de los pares aplicados que yacen a un lado de la sección en cuestión.

La elección del lado siempre es arbitraria.

MOMENTO POLAR DE INERCIA

Para un eje circular hueco de un diámetro exterior Do, y con el orificio circular concéntrico de diámetro Di, el momento polar de inercia del área de seccióntransversal.

Que desplegando algebraicamente son:

J = (D2 –D2) (D2 –D2) = J = (D2 +D2) (Do +Di) =(Do -Di)

Esta fórmula es especialmente útil para tubos donde (Do-Di) es pequeña.

ESFUERZO CORTANTE TORSIONAL

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Ya sea solido o hueco el eje circular sujeto a un momento de torsión T, el esfuerzo cortante torsional Ss. a una distancia p del centro del eje esta dado por:

Ss = Tp

DEFORMACION AL CORTEUna línea generadora a-b marcada en la superficie de una barra sin carga se moverá a una posición como la mostrada a-b después de aplicar un momento de torsión T. El ángulo _, medido en radiantes, entre las posiciones final e inicial de la línea generadora se define como la deformación al corte en la superficie de la barra; la misma definición podría mantenerse en cualquier punto interior de la barra.

MODULO CORTANTE DE ELASTICIDADLa razón del esfuerzo cortante Ss entre el ángulo de deformación al corte y es llamado el modulo cortante de la elasticidad G.

G=Ss

ANGULO DE TORSIONSi un eje de longitud L Está sujeto a un momento de torsión constante T a lolargo de su longitud.

Entonces el ángulo Ө en que un extremo de la barra se tuerce en forma relativa y respecto al otro es:

θ= TL = 32 T L

GJ _ G D4 –D4

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FRENO DE PRONY

Para medir el momento de torsión y la disipación de potencial se ha usado elfreno de prony (GCFM Riche, barón de prony [1755-1839]) . Este se muestra en la figura 15.6 . El par o momento de torsión ejercida en el freno del prony lo da la formula T= LL y la potencial era P=2_TN.

3.9 MEDIDORES DE ESFUERZOS MECANICOS:

Hay distintas clases de fuerzas o ¨esfuerzo que se representa al tratar las propiedades mecánicas de los materiales .En general, se define el esfuerzo como una fuerza que actúa sobre el área unitaria en la que se aplica

La deformación unitaria se define como el cambio de dimensión por unidad de longitud .Elesfuerzo se suele expresar en Pa (pascales)o en psi(libras por pulgadas cuadradas, por sus siglas en ingles ).

La deformación unitaria no tiene dimensiones y con frecuencia se expresa en pulg/pulg o en cm/cm.

Al describir el esfuerzo y al deformación unitaria, es útil imaginar que el esfuerzo es la causa y la deformación unitaria es el efecto .normalmente, los esfuerzos de tensión y de corte se presenta con los símbolos ō y T, respectivamente. Las deformaciones de tensión y de corte se representa con los símbolos £ y y ,respectivamente .En muchas aplicaciones sujetas a cargasdinámicas ,intervienen esfuerzos d tensión o de compresión .Los esfuerzos cortantes o decizallamiento, suelen encontrar en el procesamiento de materiales en técnicas como la extrusión de polímeros .También se encuentran en aplicaciones estructurales .0bservese que aun esfuerzo tensil simple, aplicado en una dirección ,causa un esfuerzo cortante en componentes con otras direcciones (parecidos al caso descrito en la ley se schmid.

La deformación (unitaria ) elástica se define como una deformación restaurable debido a un esfuerzo aplicado .La deformación es la ¨elástica¨ si se

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desarrolla en forma instantánea; es decir, se presenta tan pronto como se aplica la fuerza, permanece mientras se aplica el esfuerzo y desaparece tan pronto como se retira la fuerza .Un material sujeto a una deformación elástica no muestra deformación permanente ; es decir ,regresa a su forma original cuando se retira la fuerza o el esfuerzo .imagínate que resorte metálico rígido se estira una cantidad pequeña y entonces se suelta. Si regresa con rapidez a sus dimensiones originales, la deformación que se produjo en el resorte era elástica.

En muchos materiales ,el esfuerzo y la deformación elástico siguen una ley lineal. La pendiente w en la porción lineal de la curva esfuerzo y la contra deformación unitaria a tensión define al modulo de Young o modulo de elasticidad (E)de un material. Las unidades de E se mide en pascales (pa) o en libras por pulgadas cuadrada (psi),las mismas que las del esfuerzo .En los elastómeros se observa deformaciones elásticas grandes, como en elhule natural o las siliconas, donde la relación entre esfuerzo y deformación elásticos no es lineal .

En ellos ,los enormes deformación elásticas se explica por el enredado y desenredado de moléculas semejante a resortes. Al manejar esos materiales ,se usa la pendiente de la tangente en cualquier valor determinado del esfuerzo o de la deformación ,y se le considera como una cantidad variable que reemplaza al modulo de Young. El inverso del modulo de Young se llama flexibilidad (o capacidad elástica de deformación) del material. De formaparecida ,se define al modulo de elasticidad cortante (G) como la pendiente de la parte lineal de la curva de esfuerzo cortante contra deformación cortante La deformación permanente en un material se llama deformación plástica .En este caso, cuando se quita el esfuerzo ,el material no regresa a su forma original ¡La abolladura en un auto es deformación plásticas Observa que aquí la palabra ¨plástica ¨ no indica deformación.

En un material plástico o polímero, sino más bien una clase deformación en cualquier materialLa rapidez con que se desarrolla la deformación en un material se define como velocidad de deformación (€ o y, respectivamente ,para la velocidad de formación por tensión y por cortantes).

Un material viscosos es un en cual se desarrolla la deformación durante ciertos tiempo ,y el material no regresa a su forma original al quitar el esfuerzo. El desarrollo de la deformación toma tiempo ,y no está en fase con el esfuerzo aplicado (es decir , la deformación es plástica)Un material visco elástico(o inelástico) puede concebirse como uno cuya respuesta es intermedia entre la de un material elástico.

En un material visco elástico ,el desarrollo de una deformación permanente se parece a un material viscoso .sin embargo ,a diferencia de un material viscoso, cuando se quita el esfuerzo aplicado ,parte de la deformación desaparece después

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de cierto tiempo. Una descripción cualitativa del desarrollo de la deformación en función de el tiempo ,e relación con una fuerza aplicada en los materiales elásticos, viscosos y visco elástico. En los materiales visco elástico mantenidos bajo deformación constante, al pasar el tiempo ,la magnitud del esfuerzo disminuye.

Al tratar materiales fundidos ,líquidos y dispersiones ,como pinturas o geles ,se requieren una descripción de la resistencia al flujo o corrimiento bajo la acción de un esfuerzo aplicado y la velocidad de deformación cortante es lineal el material newtoniado .

Esfuerzos mecánicos:

Tracción: esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo, aumentando su longitud y disminuyendo su sección.

Compresión: esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a comprimirlo, disminuyendo su longitud y aumentando su sección.

Flexión: esfuerzo que tiende a doblar el objeto. Las fuerzas que actúan son paralelas a las superficies que sostienen el objeto. Siempre que existe flexión también hay esfuerzo de tracción y de compresión.

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 Cortadura: esfuerzo que tiende a cortar el objeto por la aplicación de dos fuerzas en sentidos contrarios y no alineados. Se encuentra en uniones como: tornillos, remaches y soldaduras.

Torsión: esfuerzo que tiende a retorcer un objeto por aplicación de un momento sobre el eje longitudinal.

3.10 MEDIDORES DE DUREZA

Los medidores de dureza sirven para la determinación rápida de la dureza de superficies y están disponibles en la tienda. Estos medidor de dureza están aptos, según tipo, para la medición de la dureza de metales, plástico, goma, textiles... Medidor de dureza para el control de entrada y salida, la producción... La dureza se indica o bien directamente en Rockwell B, Rockwell C, Vickers HV, Brinell HB, Shore HS, Leeb HL, o bien en unidades de dureza según DIN ISO. Sobre todo en la producción, el control de calidad y el sector de servicios, estos medidor de dureza tienen mucho éxito gracias a su empleo móvil. Esto le permite realizar comprobaciones con un esfuerzo mínimo a una velocidad máxima. El principio de

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las mediciones de dureza de materiales es siempre el mismo. Solamente se diferencia entre el método estático y el dinámico para la medición. Mediante los medidor de dureza para materiales metálicos, se pueden comprobar las durezas de superficie de acero, hierro fundido, acero de herramientas, acero inoxidable, colada gris, aleaciones de aluminio, latón, bronce y cobre de modo rápido, preciso y sencillo. Los demás aparatos sirven para determinar la dureza Shore de goma, plásticos o textiles (versión con y sin indicador de arrastre). Si tiene más preguntas sobre nuestros medidor de dureza.

Medidor de Dureza Analógico - Medidor de dureza con indicador de arrastre.- Campo de medición [Max]: 100 HD - Lectura [d]: 1,0 - Linealidad: 3%

Medidor de Dureza DigitalMedidor de dureza de impacto para materiales metálicos- Precisión: ±1,0 % (para L=800, precisión de repetic.: ±6 L) - Estadística: cálculo automático del valor promedio - Instrumento percutor: tipo D (externo con un cable de 1,5 m)

Medidor de Dureza para Metal

- Campo de medición [Max]: 0-999 HLD - Lectura [d]: HLD - Linealidad: 1%

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3.11 MAQUINAS MEDIDORAS POR COORDENADAS

La máquina medidora por coordenadas emplea componentes móviles que se trasladan a lo largo de guías con recorridos ortogonales, para medir una pieza con determinación de las coordenadas X, Y, y Z de los puntos de la misma.

Las coordenadas de los puntos se determinan por medio de un palpador (de contacto o sin él) y sistema de medición de desplazamiento (escala), que se encuentran n cada uno de los ejes.

Las maquinas de medición por coordenadas (MMC) son instrumentos que sirven para realizar mediciones dimensionales y de desviaciones de regularidad geométrica de objetos con forma simple o compleja.

Las hay de distintas dimensiones, tipos, materiales y exactitudes de medición y para aplicación en laboratorios de metrología, laboratorios industriales y en las líneas de producción. Aunque las Máquinas de Medición por Coordenadas son diferentes entre sí, dependiendo del volumen de medición y la aplicación para las que son fabricadas, todas operan bajo el mismo principio: el registro de una pieza con una técnica de medición punto a punto, asignando a cada uno de éstos una terna de coordenadas referido a un sistema coordenado en 3D; y la vinculación numérica de las coordenadas asignadas a los puntos, con una geometría espacial completa de la pieza a través de un software de medición en un equipo de procesamiento de datos.

Básicamente , las MMC miden puntos en el espacio.

Es de primordial importancia la existencia de un origen para poder determinar la posición. La potencia de las MMC deriva de su capacidad para calcular, a partir de los puntos medidos, una gran cantidad de magnitudes dimensionales:

Distancia

Posiciones relativa

Ángulos

Formas, etc..

Los procedimientos de medición y procesamiento de datos de las MMC, poseen una serie de características:

Primeramente se tiene un sistema de posicionamiento que provoca que el palpador alcance cualquier posición en X, Y o Z; este sistema de posicionamiento ser accionado a través de unos motores, que a su vez, poseen unos codificadores ópticos rotatorios, los que producirán una señal adecuada para activar un contador que incrementar su número en relación a la posición del eje con respecto de su origen.

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En este sistema como en otros es de primordial importancia la existencia de un origen para poder determinar la posición.

El sistema dispondrá además de un palpador que al ser accionado, hará que los datos del contador del sistema de posicionamiento sean trabajados por la unidad principal de la MMC y sean transformados en coordenadas X, Y y Z y además se apliquen las fórmulas programadas para después desplegar los datos en una pantalla de cristal líquido.

TIPOS DE MMC

• Por MMC se suele entender de las maquinas de tres coordenadas: 3 ejes x y z. Una máquina de medir tridimensional es capaz de definir unívocamente y con extrema precisión la posición de estos puntos en un espacio tridimensional, y de calcular los parámetros significativos de las figuras geométricas sobre las que han sido tomados estos puntos.

• Existen también maquinas de una única coordenada horizontal (M1CH) que junto a las MMC forma el grupo más extendido de maquinas de medir por coordenadas. Las maquinas de una coordenada horizontal son equipos que controlan una única dimensión mediante reglas o trazos internos, sistemas interferómetros, se determinan la dimensión de la pieza a medir. Con el empleo de la interferómetro se pueden alcanzar incertidumbres por debajo de los 0,1 mm.

• Por último, se encuentran las maquinas de dos coordenadas (bidimensionales), menos utilizados que las anteriores.

Los software comerciales básicos de MMC cuando menos, manejan los elementos geométricos regulares como son el punto, la línea, el plano, el círculo, la esfera, el cilindro y el cono ·

APLICACIONES DE LAS MÁQUINAS DE MEDIR POR COORDENADAS

Las máquinas de medir por coordenadas (MMC) se utilizan para las siguientes aplicaciones:

Control de la correspondencia entre un objeto físico con sus especificaciones teóricas (expresadas en un dibujo o en un modelo matemático) en términos de dimensiones, forma, posición y actitud.

Definición de características geométricas dimensionales (dimensiones, forma, posición y actitud) de un objeto, por ejemplo un molde cuyas

características teóricas son desconocidas.

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