Descargar

Instrumentación básica (página 2)

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.

El principio del interferómetro se ha extendido a otras longitudes de onda, y en la actualidad está generalizado su uso en radioastronomía.

BIBLIOGRAFÍA

 

 

 

 

Autor:

Nallely Lourdes Franco Cano

Partes: 1, 2
 Página anterior Volver al principio del trabajoPágina siguiente