VARIABLES FISICAS

VARIABLES FISICAS

-PESO

El peso de un cuerpo es la fuerza con que es atraído con la tierra. La relación entre la masa del cuerpo, es decir, la cantidad de materia que contiene, y su peso viene dado por la expresión.

P = mg.

Donde:

P = peso

m = masa

g = aceleración debido a la gravedad.

Como las masas de un cuerpo son constantes y la aceleración de la gravedad varía con lugar (es de 9.78 en el ecuador y 9.83 en los polos) y también con la altura, es obvio que el peso del cuerpo varia según el lugar de la tierra y la altura a que esté sobre el nivel del mar.

Esto es evidente efectuado la medida con una balanza ó resorte, sin embargo, en una balanza clásica de cruz, la medida se efectúa como comparación con pesos conocidos y como éstos están sometidos también a la misma fuerza de gravitación, la lectura será independiente de lugar donde se realiza la medición. Así mismo como los demás tipos de básculas se ajustan usualmente con pesos patrón, las medidas realizadas serán también independientes de las variaciones de g con la altura y con el lugar de la tierra donde estén instaladas. Otro factor que actúa en la medición es la diferencia de empuje del aire.

En la industria interesa determinar el peso de las sustancias en las operaciones de inventario de materias primas, de productos finales, en la mezcla de ingredientes, etc.

Existen varios métodos para medir el peso:

• Comparación con otros pesos patrones (balanza y báscula).

• Células de carga a base de galgas extensiométricas.

• Células de cargas hidráulicas.

• Células de cargas neumáticas.

La comparación con otros patrones la realizan las balanzas y las básculas.

La balanza clásica está constituida por una palanca de brazos iguales llamada cruz que apoyan en el centro y de cuyos extremos cuelgan dos platillos que soportan los pesos. Puede medir desde unos pocos gramos hasta 300 Kg. Su campo de medida llega hasta 40 Kg. Y se emplean en las operaciones de llenado o de comprobación de pesos de objetos determinados.

Las balanzas y las básculas son sencillas y de gran precisión pudiendo alcanzar las primeras del = 0.002 al 0.05% y las segundas el 0.1%. Sin embargo, presenta los inconvenientes de su lente velocidad de respuesta, la posible corrosión que a taca al juego de las palancas en particular lo puntos de apoyo y que se debió a la suciedad, al polvo, a los vapores y a la humedad presentes en los ambientes industriales y a l desgaste de las piezas móviles, lo que redunda en perjuicio de las pesadas.

La célula de carga de base de galgas extensométricas. Consiste esencialmente en una célula que contiene una pieza de elasticidad conocida (tal como el acero de módulo de elasticidad 2.1 x 106 kg/cm2) capaz de soportar la carga sin excederse de su limite de elasticidad. La tensión o la compresión a que el peso somete a la célula de carga, hace variar a la longitud de hilo metálico y modificar por lo tanto su resistencia eléctrica.

La galga o conjunto de galgas forman parte de un puente de Wheastone y es fácil determinar éstas variaciones de resistencias. Por otro lado, como se conoce el módulo de elasticidad de la pieza de acero de la célula, el puente puede calibrarse directamente en unidades de tensión, es decir, en Kg/cm2 y al ser conocida la superficie de apoyo puede encontrarse inmediatamente el peso total que descansa sobre las células de carga.

Las galgas extensiométricas se prestan a la transmisión electrónica de la pesada. Un sistema de pasaje electrónico con células extensométricas está formado por un conjunto de células de carga, un puente de medida, y en caso necesario la tara del objeto o producto que pesa.

Las células están protegidas contra la humedad y el polvo, tienen una precisión de 0.2%, admiten indicación a distancia y puede medir pesos de 20Kg. a más de 150 t. Necesitan compensación de temperatura del hilo de la resistencia y de la pieza de acero deformable y son relativamente caras.

Las Células de carga hidráulicas. Consisten en un pistón sobre el que apoya la carga, que ejerce una presión sobre el fluido hidráulico. Según la carga y de acuerdo al área del pistón se crea una presión en el aceite que puede medirse por medio del manómetro de Bourdon y que por lo tanto refleja indirectamente la carga. Sumando las presiones hidráulicas de varias células de carga y aplicándola a un transmisor electrónico e equilibrio de fuerzas se obtiene una señal eléctrica que puede leerse en un indicador digital y utilizarse en sistemas de pesaje electrónicos.

Las células de cargas hidráulicas se fabrican para unas capacidades de carga de 40 Kg. hasta 90 t son de respuestas rápida (menos de 2 segundos), su precisión es de 0.2%, admiten sobrecarga hasta el 40%, pueden fabricarse a prueba de explosión y son resistentes a vibraciones.

Consisten en un transmisor neumático de carga en el peso situado en la plataforma de carga se compara con el esfuerzo ejercido por un diagrama alimentado a una presión de tarado ajustable.

El sistema adopta una disección de equilibrio gracias al conjunto toberaobturador y a la cámara de realimentación del transmisor. La presión del aire alcanzada en ésta cámara indica el peso. La capacidad de carga de las células neumáticas varían de 10kg. a 10t, poseen una precisión de 0.2% y se adaptan fácilmente al control neumático con el inconveniente de precisar de aire comprimido de instrumentos.

TABLA 1. SISTEMAS DE MEDIDA DE PESO.

SISTEMA CAPACIDAD PRECISIÓN % VENTAJAS DESVENTAJAS

Balanza Gramos a 300 kg. 0,002-0,05 Simple, precisa, barata Lenta, corrosión local

Báscula Gramos de toneladas 0.1 Simple, precisa barata Lenta, corrosión local

Galga extensométrica 20kg.- 400 t 0.02, 0.2 Instalación simple. Indicación a distancia, protegida contra la corrosión. Caras, compensación temperatura.

Célula hidráulica 40kg. - 90 t 0.2 Instalación simple, resistente a vibración, admite 400% sobrecarga a prueba explosión indicación a distancia. Caras, transmisor electrónico para sumar señales de varias células afectas por la temperatura calibración frecuente

Célula neumática 10kg. - 10 t 0.2 Se adapta a control neumático. Indicación a distancia. Aire instrumentos Afectada por la temperatura calibración frecuente.

-VELOCIDAD

La medición de la velocidad en la industria se efectúa de dos formas, con tacómetros mecánicos y con tacómetros eléctricos detectan el número de vueltas del eje de la máquina por medios exclusivamente mecánicos pudiendo incorporar o no la medición conjunta del tiempo para determinar el número de revoluciones por minuto (r.p.m.), mientras que los segundos captan la velocidad por sistemas eléctricos.

Para usos industriales se sueles utilizar los tacómetros eléctricos por que permiten la transformación directa de la señal para alimentar los instrumentos registrados o controladores del panel.

Tacómetros mecánicos:

El tacómetro mecánico más utilizado es el típico controlador de revoluciones empleadas para medir localmente la velocidad de rotación de toda clase de máquinas o dispositivos giratorios. Este controlador consiste básicamente en un eje elástico determinado en punta que se apoya sobre el centro de la pieza giratoria. El eje elástico se mueve a través de un tren de engranes dos diales calibrados concéntricos. Cada división del día exterior representa una vuelta del eje giratorio mientras que el dial interior una división da una revolución del día exterior; conocido el tiempo de trabajo del contador, medido mediante un cronómetro, es fácil calcular la velocidad media en r.p.m.

Los tacómetros centrífugos: se basan en el volante centrífugo clásico empleado inicialmente en las calderas del vapor. Dos pesos rotativos articulados a un eje giratorio aumentan su radio debido a la fuerza centrífuga y comprimen un resorte. La medida de la compresión del resorte leída en una escala representa la velocidad de giro del eje. La velocidad límite que pueden medir estos instrumentos es de más de 40,000 r.p.m., con una precisión de 1%. Estos aparatos pueden disponer de transmisión hidráulica o neumática.

Tacómetros eléctricos:

Los tacómetros eléctricos emplean un transductor que produce una señal análoga o analógica como conversión de la velocidad de giro del eje de la máquina. Existen tacómetros según los transductores.

Tacómetro de corrientes parásitas: En el que el eje de la máquina hace girar un imán dentro de una copa de aluminio. El giro del imán induce corrientes parásitas en el aluminio que crean un par resistente proporcional a la velocidad. Un resorte frena el cabezal de aluminio quedando éste en una posición que se señala en un diodo. De éste modo funciona el tacómetro eléctrico empleado en un automóvil, en alimentación la máquina hace girar el imán permanente a través de un grupo generador de motor síncrono, mientras que en la máquina del ferrocarril se utiliza un rotor que produce un campo magnético giratorio. El cambio de medida es de 0-15,000 r.p.m.

El tacómetro de corriente alterna: Consiste en un estator embobinado multipolar en el que el rotor de paso de imán y por lo tanto el giro en r.p.m. del eje de la máquina.

El tacómetro de frecuencia o frecunciametro: Mide la frecuencia de la señal de c.a. captada por transductores del tipo electromagnético, capacitivo u óptimo que dan impulsos cuyo número es proporcional a la velocidad de giro de la máquina. El transductor no tiene contacto mecánico con el eje rotativo.

-Densidad R y Peso específico

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