Prof.: María Teresa Hernández Sierra

Instituto Tecnológico de Celaya Departamento de Ingeniería Mecánica

Competencia 3:

Reconocer y utilizar apropiadamente los instrumentos para la medición de

unidades fundamentales del sistema internacional de unidades.

Competencia 2: Reconocer y utilizar apropiadamente los instrumentos para la medición de unidades fundamentales del sistema internacional de unidades.

3.1. Roscas y engranes 3.2. Medición del tiempo 3.3. Medición de temperatura 3.4. Medición de la velocidad 3.5. Medición de caudal 3.6. Medición de presión

Rubros de evaluación de la unidad: * Tareas y trabajos: 30% * Investigación: 30% * Examen: 30% * Comportamiento: 10% 100%

Roscas y engranes

Tema 3.1

Investigación para el 2 de noviembre de 2015: Medición, verificación y tolerancia de roscas y engranes. • Escrito a computadora (formato indicado al inicio

del curso). • Que contenga: Portada Índice Introducción Desarrollo (temas) Conclusiones Bibliografía

Medición del tiempo

Tema 3.2

Qué es tiempo…

Del latín tempus, la palabra tiempo se utiliza para nombrar a una magnitud de carácter físico que se emplea para realizar la medición de lo que dura algo que es susceptible de cambio. Cuando una cosa pasa de un estado a otro, y dicho cambio es advertido por un observador, ese periodo puede cuantificarse y medirse como tiempo.

¿Cómo se ha medido el tiempo?

Video

Unidades de tiempo

*El día es el tiempo que tarda la Tierra en dar una vuelta alrededor de su eje. *Un año es el tiempo que tarda la Tierra en dar una vuelta alrededor del Sol. *El año dura 365 días y cuarto. Por eso cada cuatro años hay un año de 366 días, que se llama bisiesto. Ese año el mes de febrero tiene 29 días.

Unidades de tiempo

Unidades de tiempo mayores que el día 1 semana = 7 días

1 mes = 30 ó 31 días, excepto febrero, que tiene 28 ó 29 días

1 trimestre = 3 meses 1 cuatrimestre = 4 meses

1 semestre = 6 meses 1 año = 12 meses 1 lustro = 5 años

1 década = 10 años 1 siglo = 100 años

1 milenio = 1000 años

Unidades de tiempo

Unidades de tiempo menores que el día

1día = 24 horas 1 hora = 60 minutos

1 minuto = 60 segundos

Instrumentos para medir el tiempo

Medición de la temperatura

Tema 3.3

Qué es temperatura

Todas las substancias están compuestas de pequeñas partículas denominadas moléculas, que se encuentran en continuo movimiento. Cuanto mas rápido es el movimiento de las moléculas, mayor es la temperatura del cuerpo. Por lo tanto podemos definir a la temperatura como el grado de agitación térmica de las moléculas.

Energía térmica y calor

La energía térmica de un cuerpo, es la sumatoria de las energías cinéticas de sus átomos y depende, también de la masa y tipo de sustancia. Calor es la energía en tránsito o la forma de energía que es transferida a través de la frontera de un sistema, en virtud de una diferencia de temperaturas.

Medios de transmisión de calor

Conducción: Es un proceso por el cual el calor fluye de una región de alta temperatura hacia otra región de temperatura mas baja, dentro de un medio sólido, líquido o gaseoso, o entre medios diferentes pero en contacto físico directo. Radiación: Es un proceso por el cual fluye de un cuerpo de alta temperatura hacia otro de baja, sin estar en contacto físico directo. Convección: Es un proceso de transporte de energía, por la acción combinada de la conducción del calor, almacenamiento de energía y movimiento del conjunto.

Por qué medir la temperatura

En el campo de los procesos industriales, químicos, petroquímicos, siderúrgicos, cerámico, farmacéutico, alimenticio, papel y celulosa, hidroeléctrico, nuclear, etc. el monitoreo de la variable temperatura, es fundamental para la obtención del producto final especificado.

El término termometría

significa medición de temperatura. Eventualmente,

el termino pirometría es

utilizado con el mismo significado.

Cómo medir la temperatura

En la práctica, la temperatura se representa según una escala numérica, cuanto mayor es su valor, mayor es la energía cinética media de los átomos del cuerpo en cuestión.

Escala de temperatura

Cero absoluto

Es una temperatura hipotética, es el estado de temperatura más bajo que una sustancia podría alcanzar, a la cual según la teoría cinética molecular cesaría todo el movimiento de las moléculas, la presión y el volumen serian nulos, esto implicaría una ausencia total de materia lo cual es denominado vacío absoluto.

Según determinaciones experimentales, el cero absoluto se presencia a –273,15°C y fue Lord Kelvin que comprendió por primera vez (1848) su significado como la menor temperatura alcanzable de una sustancia. En la practica es imposible alcanzar esta temperatura.

Cero Absoluto = - 460°F = - 273°C = 0°K

Instrumentos para medir el calor

Métodos Mecánicos a) Variación de Volumen ( Líquidos , Gases , Sólidos ) b) Variaciones de Presión a Volumen Constantes

Métodos Eléctricos c) Variaciones de Resistencia de un Conductor ( Sondas de Resistencia ) d) Variación de Resistencia de un Semiconductor ( Termistores ). e) Diferencia de Potencial creada a partir de la unión de dos Metales. (Termopares).

Métodos Basados en Radiación: f) Intensidad de Radiación emitida ( Pirómetros de Radiación)

Otras mediciones especiales ( algunas no aplicables en la industria). Indicadores de Color , Lápices , Pinturas Sensores Fluídicos . Sondas Neumáticas Sensores Ultrasónicos . Velocidad del Sonido en un Gas Termómetros Acústicos . Frecuencia de Resonancia de un Cristal. Indicadores de Luminiscencia. Termografía

Termómetros por dilatación de un líquido

Funciona por la dilatación de un líquido alojado en un bulbo , que se visualiza en un capilar cuyo pequeño diámetro permite apreciar grandes variaciones de la longitud del fluido dilatado para un determinado volumen.

Termómetros por dilatación de un líquido

La ecuación que rige esta relación es: Vt = V0 [ 1 + b1 Δ t + b2 Δt^2 + b3 Δt^3....)

Donde: t = temperatura del liquido en ºC V0 = volumen del liquido a la temperatura de referencia t0 Vt = volumen del liquido a temperatura t b1, b2, b3 = coeficientes de expansión del liquido en 1/(ºC) Si bien esta relación es no lineal, los términos de segundo y tercer orden son despreciables y podemos considerar:

Vt = V0 (1 + b1Δt) Los tipos de termómetros pueden variar de acuerdo al tipo de recipiente.

Termómetro de mercurio

A medida que aumente la temperatura, se dilata el mercurio contenido en la ampolla y se eleva por un tubo capilar del vástago del termómetro. El intervalo útil se extiende de –350C a 5000C.

Termómetro de mercurio de uso industrial.

Termómetro de deformación de resorte

Este instrumento utiliza la deformación de un resorte para indicar (o registrar) la temperatura. El elemento sensible es un bulbo, o ampolla que contiene cierto gas o líquido. El incremento de la temperatura hace que el fluido del bulbo se dilate (en volumen) o aumente su presión. Esto obliga al resorte a desenrollarse y a mover la aguja o la pluma indicadora de la distancia apropiada sobre la escala.

Termómetro de deformación de resorte.

Termómetro bimetálico

El elemento sensor está conformado por la unión de dos metales diferentes y por consiguiente cada uno tiene un coeficiente de dilatación por efectos de temperatura diferente de tal manera que las diferencias en unos son compensados en el otro; la unión de éstos dos materiales puede ser en toda su longitud o solamente por uno de sus extremos.

Termopar

Las termopar o termocupla son dos alambres que están unidos en un extremo (soldados generalmente). Al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño (efecto Seebeck)del orden de los mili-volts el cual aumenta con la temperatura.

Termopar

Los sistemas eléctricos basados en termopar son particularmente aplicables para medir muchas temperaturas distintas, cuando las distancias a las que se transmiten sean largas o cuando se requieran temperaturas sensibles y rápidas. El termopar se usa con altas temperaturas. La selección del termopar depende de la gama de temperatura, la exactitud deseada y la naturaleza de la atmósfera a la cual va a estar expuesto. Las más comunes de las relaciones de temperatura-voltaje están dadas por las curvas de la figura siguiente:

Curvas características voltaje-temperatura de un

termopar.

Pirómetro óptico

Cuando la energía radiante es a la vez luminosa, como sucede con las flamas y los metales fundidos se utiliza un pirómetro óptico, cuyo principio se basa en la variación de la resistencia de una fotocelda al variar la intensidad de la luz a la que esta expuesta.

Pirómetro de radiación

Este aparato utiliza la ley de Stephan Boltzmann de energía radiante, la cual establece que la superficie de un cuerpo es proporcional a la 4ta potencia de su temperatura absoluta:

W=KT^4 W = Energía emitida por un cuerpo T= Temperatura absoluta (°K) K= Constante de Stephan Boltzmann = 4.92x10 Kcal/m2