Metnor3 comp

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MATERIA: METROLOGIA Y NORMALIZACION

DEPARTAMENTO DE INGENERIA INDUSTRIAL

AUTOR: ING. ROBERTO J. TREVIÑO VALENZUELA

UNIDAD III

METROLOGIA OPTICA E INSTRUMENTACION BASICA

Introducción a la óptica.

La óptica es la ciencia de controlar la luz. La luz es parte de un tipo de energía llamada “radiación electromagnética” (EM). La luz es la parte de las ondas EM que podemos ver y forma los colores del arcoíris. Hablando más formal, la óptica es el campo de la ciencia y la ingeniería que comprende los fenómenos físicos y tecnologías asociadas con la generación, transmisión, manipulación, uso y detección de la luz. La luz (viaja a 300 000km/seg) es una onda electromagnética, esto significa que es una combinación de una onda eléctrica y una onda magnética (y una onda electromagnética viaja a la velocidad de la luz). Las ondas electromagnéticas pueden ser muchas, como se muestra en la siguiente figura:

Existen tres formas de controlar la luz:

1. Bloqueándola con algo.

2. Reflejándola (conocido como reflexión).

3. Doblándola, es decir, la luz cambia su dirección pasando de un medio transparente a otro de diferente densidad, como aire o agua (conocido como refracción).

Para nosotros los seres humanos es muy importante controlar la luz, ya que los usos que le hemos dado son tan variados, como:

• Lentes de contacto • Fotocopiadoras • Microscopios y lupas

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• Proyectores • Reproductores de cd • Rayos X • Laser (Luz Amplificada por Efecto de Radiación Estimulada)

Cabe mencionar que este último se utiliza en la industria con fines de medición, cortar, soldar, etc. Instrumentos ópticos. Espejo: Dispositivo óptico, generalmente de vidrio, con una superficie lisa y pulida, que forma imágenes mediante la reflexión de los rayos de luz. Además de su uso habitual en el hogar, los espejos se emplean en aparatos científicos; por ejemplo, son componentes importantes de los microscopios y los telescopios. Prisma (Óptica): Bloque de vidrio u otro material transparente que tiene la misma sección transversal (generalmente un triángulo) en toda su longitud. Los dos tipos de prisma más frecuentes tienen secciones transversales triangulares con ángulos de 60 o de 45º. Los prismas tienen diversos efectos sobre la luz que pasa a través de ellos. Cuando se dirige un rayo de luz asia un prisma, sus componentes de distintos colores son refractados (desviados) en diferente medida al pasar a través de cada superficie, con lo que se produce una banda coloreada de luz denominada espectro. Este fenómeno se conoce como dispersión cromática, y se debe al hecho de que los diferentes colores de la luz tienen distintas longitudes de onda, y son más o menos frenados al pasar a través del vidrio: la luz roja es la que resulta menos frenada, y la violeta la que más. Fibra Óptica: Fibra o varilla de vidrio u otro material transparente con un índice de refracción alto que se emplea para transmitir luz. Cuando la luz entra por uno de los extremos de la fibra, se transmite con muy pocas pérdidas incluso aunque la fibra esté curvada. El principio en que se basa la transmisión de luz por la fibra es la reflexión interna total; la luz que viaja por el centro o núcleo de la fibra incide sobre la superficie externa con un ángulo mayor que el ángulo crítico, de forma que toda la luz se refleja sin pérdidas hacia el interior de la fibra. Así, la luz puede transmitirse a larga distancia reflejándose miles de veces. Para evitar pérdidas por dispersión de luz debida a impurezas de la superficie de la fibra, el núcleo de la fibra óptica está recubierto por una capa de vidrio con un índice de refracción mucho menor; las reflexiones se producen en la superficie que separa la fibra de vidrio y el recubrimiento. La aplicación más sencilla de las fibras ópticas es la transmisión de luz a lugares que serían difíciles de iluminar de otro modo. También pueden emplearse para transmitir imágenes, cada punto de la imagen proyectada sobre un extremo del haz se reproduce en el otro extremo, con lo que se reconstruye la imagen, que puede ser observada a través de una lupa. La transmisión de imágenes se utiliza mucho en instrumentos médicos para examinar el interior del cuerpo humano y para efectuar cirugía con láser, en sistemas de reproducción mediante facsímil y fotocomposición, en gráficos de ordenador o computadora y en muchas otras aplicaciones. Las fibras ópticas también se emplean en una amplia variedad de sensores, que van desde termómetros hasta giroscopios. Su potencial de aplicación en este campo casi no tiene límites, porque la luz transmitida a través de las fibras es sensible a numerosos cambios ambientales, entre ellos la presión, las ondas de sonido y la deformación, además del calor y el movimiento. Las fibras pueden resultar especialmente útiles cuando los efectos eléctricos podrían hacer que un cable convencional resultara inútil, impreciso o incluso peligroso.

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También se han desarrollado fibras que transmiten rayos láser de alta potencia para cortar y taladrar materiales. La fibra óptica se emplea cada vez más en la comunicación, debido a que las ondas de luz tienen una frecuencia alta y la capacidad de una señal para transportar información aumenta con la frecuencia. En las redes de comunicaciones se emplean sistemas de láser con fibra óptica. Microscopio: Cualquiera de los distintos tipos de instrumentos que se utilizan para obtener una imagen aumentada de objetos minúsculos o detalles muy pequeños de los mismos. El tipo de microscopio más utilizado es el microscopio óptico, que se sirve de la luz visible para crear una imagen aumentada del objeto. El microscopio óptico más simple es la lente convexa doble con una distancia focal corta. Estas lentes pueden aumentar un objeto hasta 15 veces. Por lo general, se utilizan microscopios compuestos, que disponen de varias lentes con las que se consiguen aumentos mayores. Algunos microscopios ópticos pueden aumentar un objeto por encima de las 2000 veces. El microscopio compuesto consiste en dos sistemas de lentes, el objetivo y el ocular, montados en extremos opuestos de un tubo cerrado. El objetivo está compuesto de varias lentes que crean una imagen real aumentada del objeto examinado. Las lentes de los microscopios están dispuestas de forma que el objetivo se encuentre en el punto focal del ocular. Cuando se mira a través del ocular se ve una imagen virtual aumentada de la imagen real. El aumento total del microscopio depende de las distancias focales de los dos sistemas de lentes.

Telescopio: Es un instrumento óptico empleado para observar objetos muy grandes que se encuentran a muy lejanas distancias como por ejemplo estrellas, cometas, planetas, entre otros. Cristal: Porción homogénea de materia con una estructura atómica ordenada y definida y con forma externa limitada por superficies planas y uniformes simétricamente dispuestas. Los cristales se producen cuando un líquido forma lentamente un sólido; esta formación puede resultar de la congelación de un líquido, el depósito de materia disuelta o la condensación directa de un gas en un sólido. Los ángulos entre las caras correspondientes de dos cristales de la misma sustancia son siempre idénticos, con independencia del tamaño o de la diferencia de forma superficial.

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Interferómetro: Instrumento que emplea la interferencia de ondas de luz para la medida ultra precisa de longitudes de onda de la luz misma, de distancias pequeñas y de determinados fenómenos ópticos. Existen muchos tipos de interferómetros, pero en todos ellos hay dos haces de luz que recorren dos trayectorias ópticas distintas determinadas por un sistema de espejos y placas que finalmente se unen para formar franjas de interferencia. Para medir la longitud de onda de una luz monocromática se utiliza un interferómetro dispuesto de tal forma que un espejo situado en la trayectoria de uno de los haces de luz puede desplazarse una distancia pequeña que puede medirse con precisión y varía así la trayectoria óptica del haz. Cuando se desplaza el espejo una distancia igual a la mitad de la longitud de onda de la luz, se produce un ciclo completo de cambios en las franjas de interferencia. La longitud de onda se calcula midiendo el número de ciclos que tienen lugar cuando se mueve el espejo una distancia determinada. Red De Difracción: Dispositivo óptico empleado para separar las distintas longitudes de onda (colores) que contiene un haz de luz. El dispositivo suele estar formado por una superficie reflectante sobre la que se han trazado miles de surcos paralelos muy finos. Espectroheliógrafo: Elemento importante del equipo utilizado en astronomía para fotografiar las protuberancias del Sol, como la fotosfera (la capa interior de gases calientes más cercana a la superficie del Sol) y la cromosfera (la capa exterior más fría). El espectroheliógrafo, junto con un telescopio, fotografía el Sol en luz monocromática (con una única longitud de onda). Mediciones con óptica física. La flexibilidad es el tema clave en la tecnología de multisensores. La flexibilidad en el mundo de la metrología significa tener la libertad de elegir entre medición por contacto y medición óptica, con sólo un sistema de medición. Por lo tanto, un único sistema es suficiente para la medición por contacto y la medición óptica de todas las características de inspección en una pieza de trabajo. Para la medición de materiales sensibles al tacto, la solución ideal son los sistemas de medición óptica. Estos sistemas miden de forma no destructiva y con precisión. Gracias al versátil rango de sistemas de medición ópticos disponemos de la solución correcta para cada tarea de medición.

Fotometría. Se conoce por fotometría a la parte de la Física que estudia las medidas de las magnitudes que están asociadas a la luz, de la misma forma que Radiometría es la parte de la Física que estudia las medidas de las magnitudes que están asociadas con la energía radiante. Una magnitud fotométrica es una magnitud radiométrica ponderada teniendo en cuenta la sensación visual que provoca en el ojo. La unidad fundamental de fotometría del Sistema Internacional es la Candela. A continuación en la siguiente tabla se resumen todas las magnitudes, tanto radiométricas como fotométricas, indicando las unidades en las que se miden, así como las relaciones entre ellas.

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Instrumentos mecánicos

Medidores de presión

Definición de presión.- La presión es una fuerza por unidad de superficie y puede expresarse en unidades tales como pascal, bar, atmósferas, kilogramos por centímetro cuadrado y psi. (libras por pulgada cuadrada)

Tipos de presión

1.- Presión absoluta.- Se mide con el cero absoluto de presión

2.- Presión atmosférica.- Es la presión ejercida por la atmosfera terrestre.

3.- Presión relativa.- Es la determinada por un elemento que mide la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica del lugar donde se ejecuta la medición

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4.- Presión diferencial.- Es la diferencia entre dos presiones.

Representación de las presiones

Tipos de medidores de presión

Mecánicos, Electromecánicos, Neumáticos, Electrónicos.

� Mecánicos • Primario de Medida Directa • Primarios Elásticos

� Electromecánicos • Transmisores electrónicos de equilibro de fuerza • Resistivos • Magnéticos • Capacitivos • Extensiométricos • Piezoeléctricos

� Neumáticos • Utilizan elementos mecánicos con desplazamiento de gases

� Electrónicos • Mecánicos • Medidor McLeod • Térmicos • Ionización

Medidores mecánicos

Elementos primarios de medida directa que miden la presión comparándola con la ejercida por un liquido de densidad y altura conocidas.


DEPARTAMENTO DE INGENERIA I

Ejemplos barómetro cubeta, manómetro de tubo en U, manómetro de tubo inclinado, manómetro de toro pendular, manómetro de campana.

Elementos primarios elásticoscontienen.

Ejemplos : tubo de Bourdon, el elemento en espiral, el helicoidal, el diafragma y el fuelle.

� El tubo de Bourdoncompleto, cerrado por un extremo. Al aumentar la presión en le interior del tubo, este tiende enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja.

� El elemento espiralalrededor de un eje común, y el helicoidade hélice.

El diafragma consiste en una o varias capsulas circulares conectadas rígidamente entre si por la soldadura, de forma que al aplicar presión, cada capsula se deforma y la suma de los pequeños desplazamiento

El fuelle es parecido al diafragma compuesto, pero de una sola pieza flexible axialmente, y puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable.

Medidores de presión absoluta

Los medidores de presión absoluta consisten en un conjunto de fuelle y muelle opuesto a un fuelle opuesto sellado al vacío absoluto. El movimiento resultante de la unión de los dos fuelles equivale a la presión absoluta del fluido.


DEPARTAMENTO DE INGENERIA I NDUSTRIAL


Ejemplos barómetro cubeta, manómetro de tubo en U, manómetro de tubo inclinado, manómetro de toro pendular, manómetro de campana.

elásticos que se deforman por la presión interna del fluido que

Ejemplos : tubo de Bourdon, el elemento en espiral, el helicoidal, el diafragma y el

Bourdon es un tubo de sección elíptica que forma un anillo casi errado por un extremo. Al aumentar la presión en le interior del tubo,

este tiende enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja.espiral se forma arrollando el tubo Bourdon en forma de espiral

alrededor de un eje común, y el helicoidal arrollando mas de una espira en forma

consiste en una o varias capsulas circulares conectadas rígidamente entre si por la soldadura, de forma que al aplicar presión, cada capsula se deforma y la suma de los pequeños desplazamientos es amplificada por un juego de palancas.

es parecido al diafragma compuesto, pero de una sola pieza flexible axialmente, y puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable.

Medidores de presión absoluta

absoluta consisten en un conjunto de fuelle y muelle opuesto a un fuelle opuesto sellado al vacío absoluto. El movimiento resultante de la unión de los dos fuelles equivale a la presión absoluta del fluido.

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Ejemplos barómetro cubeta, manómetro de tubo en U, manómetro de tubo inclinado,

que se deforman por la presión interna del fluido que

Ejemplos : tubo de Bourdon, el elemento en espiral, el helicoidal, el diafragma y el

es un tubo de sección elíptica que forma un anillo casi errado por un extremo. Al aumentar la presión en le interior del tubo,

este tiende enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja. se forma arrollando el tubo Bourdon en forma de espiral

l arrollando mas de una espira en forma

consiste en una o varias capsulas circulares conectadas rígidamente entre si por la soldadura, de forma que al aplicar presión, cada capsula se deforma y la suma

s es amplificada por un juego de palancas.

es parecido al diafragma compuesto, pero de una sola pieza flexible axialmente, y puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable.

absoluta consisten en un conjunto de fuelle y muelle opuesto a un fuelle opuesto sellado al vacío absoluto. El movimiento resultante de la unión de



Medidores Electromecánicos

� Para este tipo de medidores se utiliza un transmisor electrónico que genera una señal en base a la posición de un sensor.

� La posición del sensor determina la presión ejercida sobre la misma.




Medidores Electromecánicos

medidores se utiliza un transmisor electrónico que genera una señal en base a la posición de un sensor. La posición del sensor determina la presión ejercida sobre la misma.

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medidores se utiliza un transmisor electrónico que genera una

La posición del sensor determina la presión ejercida sobre la misma.

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Transductores Resistivos

� En este tipo de Transductores se aprovecha un o del circuito en que esta) para medir la presión del sistema.

� Para esto el puente de Wheastone es muy utilizado.

Transductores Magnéticos

Existen dos tipos de Transductores Magnéticos

• Transductores de inductancia variab• Transductores de reluctancia variable

Transductores de inductancia y reluctancia variable

Inductancia Variable

Núcleo Magnético en un Campo electromagnético




En este tipo de Transductores se aprovecha un cambio de resistencia (del sensor o del circuito en que esta) para medir la presión del sistema. Para esto el puente de Wheastone es muy utilizado.

Existen dos tipos de Transductores Magnéticos

Transductores de inductancia variable Transductores de reluctancia variable

Transductores de inductancia y reluctancia variable

Núcleo Magnético en un Campo electromagnético

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cambio de resistencia (del sensor



Reluctancia Variable

Núcleo Magnético en un Campo Magnético

Transductores Capacitivos

� Se basan en la variación de capacidad que se produce en un condensador al desplazarse una de sus placas por la aplicación de presión. La placa móvil tiene forma de diafragma y se encuentra situada entre dos placas fijas.

� Pueden ser de dos tipos:• Capacidad fij• Capacidad variable




Núcleo Magnético en un Campo Magnético

basan en la variación de capacidad que se produce en un condensador al desplazarse una de sus placas por la aplicación de presión. La placa móvil tiene forma de diafragma y se encuentra situada entre dos placas fijas.Pueden ser de dos tipos:

Capacidad fija Capacidad variable

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basan en la variación de capacidad que se produce en un condensador al desplazarse una de sus placas por la aplicación de presión. La placa móvil tiene forma de diafragma y se encuentra situada entre dos placas fijas.



Galgas Extensométricas

� Se basan en la variación de longitud y de diámetro, por lo tanto de resistencia, que tiene lugar cuando un hilo de resistencia se encuentra sometido a una tensión mecánica por la acción de una presión.

� Puente de Wheastone es usado.

Transductores Piezoeléctricos




Se basan en la variación de longitud y de diámetro, por lo tanto de resistencia, que tiene lugar cuando un hilo de resistencia se encuentra sometido a una tensión mecánica por la acción de una presión.

de Wheastone es usado.

Puente de Wheastone

Transductores Piezoeléctricos

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Se basan en la variación de longitud y de diámetro, por lo tanto de resistencia, que tiene lugar cuando un hilo de resistencia se encuentra sometido a una



Son materiales cristalinos que, al deformarse físicamente por la acción de una presión, general una señal eléctrica.

Medidores de torsión

Se dice que una barra esta en torsiónextremos y torcida en el otro extremos y torcida en el otro extremo por uno torque (t(=fd)) aplicar en un plano perpendicular al eje de la barraEFECTOS DE LA TORSIONLos efectos de la carga tors1.-Impartir un desplazamiento angular en la sección transversal de un extremocon respecto al otro. 2.- Registrar un esfuerzo cortante sobre cualquier sección transversal de labarra perpendicular a su eje.MOMENTO DE TORSIONOcasionalmente 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 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 INERCIAPara un eje circular hueco de un diámetro exterior Do, y con el orificio circularconcéntrico de diámetro Di, el momento polar de Que desplegando algebraicamente son:J = (D2 –D2) (D2 –D2) = J = (D2 +D2) (Do +Di) =(Do ESFUERZO CORTANTE TORSIONALYa sea solido o hueco el eje circular sujeto a un momento de torsión T, elcortante torsional Ss a una distancia p del centro del eje esta dado por:Ss = Tp




Son materiales cristalinos que, al deformarse físicamente por la acción de una presión, general una señal eléctrica.

Se dice que una barra esta en torsión cuando esta rígidamente sujeta en unoextremos y torcida en el otro extremos y torcida en el otro extremo por uno 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:

Impartir un desplazamiento angular en la sección transversal de un extremo

Registrar un esfuerzo cortante sobre cualquier sección transversal de labarra perpendicular a su eje.

ON 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 sección a lo largo de la barra se define como la suma algebraica de los momentos de los

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 circularconcéntrico de diámetro Di, el momento polar de inercia del área de secciónQue desplegando algebraicamente son:

D2) = J = (D2 +D2) (Do +Di) =(Do -Di) ESFUERZO CORTANTE TORSIONAL Ya sea solido o hueco el eje circular sujeto a un momento de torsión T, el

orsional Ss a una distancia p del centro del eje esta dado por:

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Son materiales cristalinos que, al deformarse físicamente por la acción de una presión,

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

Impartir un desplazamiento angular en la sección transversal de un extremo

Registrar un esfuerzo cortante sobre cualquier sección transversal de la

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 sección a lo largo de la barra se define como la suma algebraica de los momentos de los

Para un eje circular hueco de un diámetro exterior Do, y con el orificio circular inercia del área de sección transversal.

Ya sea solido o hueco el eje circular sujeto a un momento de torsión T, el esfuerzo

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DEFORMACION AL CORTE Una 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 ELASTICIDAD La 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 TORSION Si un eje de longitud L Está sujeto a un momento de torsión constante T a lo largo de su longitud. Entonces el ángulo _ en que un extremo de la barra se tuerse en forma relativa y respecto al otro es: φ= TL = 32 T L GJ = πG D4 –D4) FRENO DE PRONY Para medir el momento de torsión y la disipación de potencial se ha usado el freno 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=2πTN.

Medidores de esfuerzos mecánicos 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 .en la figura 6-3(a) se ilustra los fuerzas de tensión ,comprensión ,corte, flexión .La deformación unitaria se define como el cambio de dimensión por unidad de longitud .El esfuerzo se suele expresar en Pa (pascales)o en psi(libras por pulgadas cuadradas ,por su siglas en ingles ).

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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 y respectivamente .Las deformaciones de tensión y de corte se representa con los símbolos £ y _ ,respectivamente .En muchas aplicaciones sujetas a cargas dinámicas ,intervienen esfuerzos de 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 tensión 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 ¨elásticas se desarrolla en forma instantánea; es 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 asu 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 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 [fig.6-3(b).Las unidades de E se mide en pascales (pa) o libras por pulgadas cuadrada (psi),las mismas que las del esfuerzo .En los elastómeros se observa deformaciones elásticas grandes, como en el hule natural o las siliconas, donde la relación entre esfuerzo y deformación elásticos no es lineal . En ellos ,los enormes deformacion elásticas se explica por el enredado y desenredado de moléculas semejante a resortes (capítulos 15).Al manejar esos materiales ,se usa la pendiente de la tangente en cualquier valor determinado del esfuerzo o d ela deformacion ,y se le considera como una cantidad variable que reemplaza al modulo de Young.[6-3(b)].el inverso del modulo de Young se llama flexibilidad (o capacidad elástica de deformación) del material. De forma parecida ,se define al modulo de elasticidad cortante (G) como la pendiente de la parte lineal de la curva de esfuerzo cortante contra deformacion cortante. La deformacion permanente en un material se llama deformacion plástica .En este caso, cuando s e quita el esfuerzo ,el material no regresa a su forma original. La abolladura en un auto es deformacion plásticas plásticas. Observa que aquí la palabra ¨plastica ¨ no indica deformación. En un material plástico o polímero, sino mas bien una clase deformacion en cualquier material. La rapidez con que se desarolla la deformacion en unmaterial se define como velocidad de deformacion (€ o y, respectivamente ,para la velocidad de formación por tensión y por cortantes). Un material viscosos es un en cual se desarolla la deformacion durante ciertos tiempo ,y el material no regresa a su forma original al quitar el esfuerzo. El desarrollo de la deformacion toma tiempo ,y no esta en fase con el esfuerzo aplicado (es decir , la

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deformacion es plástica)Un material viscoelastico(o anelastico) puede concebirse como uno cuya respuesta es intermedia entre la de un material elástico. En un material viscoelastico ,el desaroollo de una deformacion permanente se parece a un material viscoso .sin embargo ,a diferencia de un material viscoso ,cuando se quita el esfuerzo aplicado ,parte de la deformacion desaparece después de cierto tiempo. Una descripción cualitativa del desarrollo de la deformacion en función del tiempo ,e relación con una fuerza aplicada en los materiales elásticos,viscosos y viscoelastico.En los materiales viscoelastico mantenidos dajo deformación constante,al pasar el tiempo ,la magnitud del esfuerzo disminuye. Al tratar materiales fundidos ,liquidos y dispersiones ,como pinturas o geles ,se requieren una descripción de la resitencia al flujo o corrimiento bajo la acción de un esfuerzo aplicado y la velocidad de deformacion cortante es lineal el material newtoniado . Medidores de dureza Otra propiedad mecánica que puede ser sumamente importante considerar es la dureza ,la cual es una medida de la resistencia de un material ala de formación plástica localizada (por ejemplo, una pequeña abolladura o rayadura ).los primeros ensayos de dureza se basaban en el comportamiento de los minerales junto con una escala construida según la capacidad de un material para rayar a otro más blando .Un método cualitativo de ordenar de forma arbitraria la dureza es ampliamente conocido y se denomina escala de Mohs la cual va desde 1 en el extremo blando para el talco hasta 10 para el diamante .A lo largo de los años se han ido desarrollando técnicas cuantitativas de dureza que se basaban en un pequeño penetrador que es forzado sobre una superficie del material a ensayar en condiciones controladas de carga y velocidad de aplicación de la carga .En estos ensayos se miden la profundidad o tamaño de la huella resultante ,lo cual se relaciona con un numero de dureza ;cuanto más blando es el material ,mayor y más profunda es la huella ,y menor es el numero de dureza.las dureza. Las dureza medidas tienen solamente un significado relativo (y no absoluto),y es necesario tener precaución al comparar dureza obtenidas por técnicas distintas. Ensayos de dureza Rockwell El ensayo de dureza de Rockwell constituye el método más usado para medir la dureza debido a que es muy simple de llevar acabo y no requiere conocimientos especiales. Se puede utilizar diferentes escalas que provienen de la utilización de distintas combinaciones de penetradores y cargar, lo cual permite ensayar virtualmente cualquier metal desde el más duro al más blando. Los penetradores son bolas esféricas de acero endurecido que tienen diámetros de 1/16,1/6,1/4y1/”pulg.(1,588,3,175,6,350y12,70mm)y un penetrador cónico de diamante (Brale),el cual se utiliza para los materiales más duros . Con este sistema ,se determina un numero de dureza a partir de la diferencia de profundidad de penetración que resulta al aplicar primero una carga inicial pequeña y después una carga mayor ;la utilización de la carga pequeña aumenta una exactitud de la medida .Basándose en la magnitud de las cargas mayores y menores ,existen dos tipos de ensayo :Rockwell y Rockwell superficial .En el ensayo de Rockwell ,la carga de menor es de 10kg, mientras las cargas mayores son 60,100y150kg.cada escala está representada por una letra del alfabeto ;en las tablas 6.4y 6.5ª se indican varias formas.

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Esta escala junto con los penetradores y cargas correspondiente .para ensayos superficiales, la carga menor es de 3kg, mientras que el valor de la carga mayor puede ser 15,30 o 45kg.esta escala se identifica mediante un numero (15.30 o 45 según la carga )y una letra (N,T,W,o Y, según el penetrador).Los ensayos superficiales se realizan frecuentemente en probetas delgadas .La tabla 6.5b presenta varias escalas de dureza superficiales. Cuando se especifican dureza Rockwell y superficiales ,debe indicarse, además del numero de dureza , el símbolo de la escala utilizada .la escala se designa por el símbolo HR seguido por una identificación de la escala ,por ejemplo,80HRB representa una dureza Rockwell de 80 en la escala B,y60 HR30W indica una dureza superficial de 60 en las escalas 30W. Para cada escala las durezas pueden llegar a valores de 130; sin embargo a medida que la dureza alcanza valores superiores a 100 o inferiores a 20 en cualquier escala , estos son pocos exactos; debido a que las escalas se solapan en esta situación es mejor utilizar la escala vecina más dura o vecina más blanda respectivamente También se producen inexactitudes si la muestra es demasiado delgada, si la huella se realiza demasiado cerca de un borde, o bien si dos huellas están demasiado próximas .El espesor de la probeta debe ser por lo menos alrededor de 10 veces la profundidad de la huella, también debe haber un espacio de tres diámetros de huella entre el centro de una

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huella y el borde de la probeta, o bien con el centro de la otra indentacion. Además los ensayos de probeta apiladas una sobre otra no es recomendable. La exactitud también depende de si la dureza se toma sobre una superficie perfectamente lisa. Los equipos modernos para la medida de la dureza Rockwell, esta automatizados y son de muy fácil utilización; la dureza es medida directamente, y cada medida requiere únicamente unos pocos segundos. Los equipos modernos de ensayo también permiten la variación del tiempo de aplicación de la carga .Esta variable debe ser considerada al interpretar los resultados de los ensayos de dureza. Ensayo de dureza de Brinell En los ensayo de dureza de brinell .así como en las dureza de Rockwell, se fuerza un penetrador duro esférico en la superficie del metal a ensayar .El diámetro del penetrador de acero endurecido (o bien de carburo de tungsleno)es de 10,00mm(0,394pulg).Las cargas normalizadas están comprendidas entre 500y 3000kg en incremento de 500kg:durante un ensayo ,la carga se mantiene constante durante un tiempo especificado (entre 10 y 30s).Los materiales más duros requieren cargas mayores .El numero de dureza brinell.HB,es una función de tanto la magnitud de la carga como del diámetro de la huella resultante (véase la tabla 6.4).Este diámetro se mide con una lupa de pocos aumentos ,que tienen una escala graduada en el ocular. El diámetro medido entonces convertido a un numero HB aproximado usando una tabla; en esta tecnica solamente se utiliza una escala. Los requerimientos de espesor de la muestra, de posición de la huella (relativa a los bordes de la muestra) y de separación mínima entre huellas son los mismos que en los ensayos Rockwell .Además, se necesita una huella bien definida, lo cual exige que la superficie sobre la cual se realiza la huella sea perfecta lisa. Ensayo de micro dureza vickers y knoop Otra dos técnicas de ensayo son la dureza knoop y la dureza vickers (también a veces denominas pirámide).En estos ensayos, un penetrador de diamante muy pequeño y de geometría piramidal es forzado en la superficie de la muestra .Las cargas aplicadas ,mucho menores que en las técnicas Brinell y Rockwell ,están comprendidas entre 1y 1000g.La marca resultante se observa al microscopio y se mide; esta medida entonces convertidas en números de dureza (tabla 6.4)es necesario que la superficie de la muestra haya sido preparada cuidadosamente (mediante desbaste y pulido)para poder asegurarse una huella que pueda ser medida con exactitud. Las durezas knoop y vickers se designan por Hk y HV, respectivamente, y las escalas de dureza para ambas técnicas son aproximadamente equivalente. Las técnicas knoop y vickers se consideran ensayos de micro dureza debido A la magnitud de la carga y al tamaño del indentador .Ambas son muy convenientes para la medida de dureza de pequeñas regiones seleccionadas en la superficie de la muestra ;además ambas técnicas knoop y vickers son utilizadas para el ensayo de materiales frágiles ,tales como las cerámicas.

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Conversión de la dureza Es muy conveniente disponer de métodos para convertir la dureza de unas escalas a otra .Sin embargo, puesto que la dureza no es una propiedad del material muy bien definida ,y debido a las diferencias experimentales de cada técnicas , no se ha establecido un método general para convertir las durezas de una escala a otra .Los datos de conversión han sido determinados experimentalmente y se han encontrado que son dependientes del tipo de material y de las características .La escala de conversión más fiable que existe es la que corresponde a aceros .Estos dato se presentan en la figura 6.17para las durezas de knoop y brinell y de las dos escalas de Rockwell;también se incluye la escala de Mohs ,como resultado de lo que se ha dicho anteriormente debe tenerse mucho cuidado al extrapolar estos datos a otras sistemas de aleaciones. Correlación entre dureza y la resistencia a la tracción

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Tanto la resistencia a la tracción como la dureza son indicadores de la resistencia de un metal a la deformación plástica. Por consiguiente, estas propiedades son, a grandes rasgos, proporcionales ,tal como se muestra en la figura .18 para la resistencia a la tracción en función de la HB en el caso de la fundición,aceros y latones.Tal como se indica en la figura 6.18, la relación de proporcionalidad no es la misma para todos los metales .Como regla general ,para la mayoría de los aceros ,el numero HB y la resistencia a la tracción están relacionados de acuerdo con: Ts (psi)=500Xhb (6.19a) Ts (MPa)=3,45Xhb (6.19b) Los ensayos de dureza se realizan con mucha mayor frecuencia que cualquier otro ensayo por varias razones: 1. Son sencillo y baratos, y ordinariamente no es necesario preparar una muestra Especial

MAQUINA DE MEDICION POR COORDENADAS. La Máquina de Medición por Coordenadas (CMM) puede ser definida como "una máquina que emplea tres componentes móviles que se trasladan a lo largo de guías con recorridos ortogonales, para medir una pieza por determinación de las coordenadas X, Y y Z de los puntos de la misma con un palpador de contacto o sin él y sistema de medición del desplazamiento (escala), que se encuentran en cada uno de los ejes". Como las mediciones están representadas en el sistema tridimensional, la CMM puede efectuar diferentes tipos de medición como: dimensional, posicional, desviaciones geométricas y mediciones de contorno. Los procedimientos de medición y procesamiento de datos de las CMM, poseen una serie de características que se describen a continuación: 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. 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 CMM 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. El sistema también posee una palanca de control que accionar directamente los servomotores provocando un desplazamiento manual de cada uno de los ejes. Este sistema CMM en particular poseer teclado para introducción de datos, un monitor que proporcionar la visualización de ellos ya sea que se introduzcan o se generen por la CMM. Como se mencionó anteriormente el palpador que se encuentra en el extremo inferior del eje Z, se accionar al toque de la pieza que se desea medir.

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La particularidad de este sistema CMM es su configuración a base de un microcontrolador de Motorola, el MC68HC711E9, que proporcionar el control y desarrollo del manejo de dicho sistema. Utilizando el sistema de desarrollo, es decir, el M68HC11EVBU conectado a un circuito de expansión nos da mayor versatilidad a nuestro fin, ya que es la única limitante por la baja cantidad de memoria RAM que posee. Las Máquinas de Medición por Coordenadas (MMC) son instrumentos que sirven para realizar mediciones dimensionales y de desviaciones de la 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. Los softwares 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 · DEFINICIÓN DE MÁQUINA DE MEDIR POR COORDENADAS La posición de un punto en el espacio está definido, en coordenadas cartesianas, por los valores relativos de los tres ejes X, Y y Z con respecto a un sistema de referencia. Usando series de puntos, es posible construir el elemento geométrico que pase por ellos o que se aproxime al máximo. 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. Una máquina de medida por coordenadas es pues un instrumento de medida absoluta de precisión capaz de determinar la dimensión, forma, posición y "actitud" (perpendicularidad, planaridad, etc.) de un objeto midiendo la posición de distintos puntos de su propia superficie. 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. INSTALACIÓN DE UNA MMC: atención al entorno

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Los costes asociados a una máquina de medir por coordenadas van generalmente más allá de la propia máquina. En efecto, la ubicación de la misma y las condiciones de su entorno deben cumplir diversos requisitos para que los resultados de la medición sean fiables. Una MMC puedee ser instalada en distintos ambientes de trabajo, que en mayor o menor medida estarán bajo la influencia de los siguientes factores externos: 1. Suciedad a. Ambientes limpios b. Ambientes contaminados: partículas en suspensión (humedad, aceite, polvo, otras partículas) 2. Temperatura / humedad a. Gradientes térmicos temporales b. Gradientes térmicos espaciales c. Humedad relativa 3. Vibraciones a. Frecuencia b. Amplitud En función de estas tres variables puede actuarse de distintas maneras. Una de ellas es utilizar una máquina adecuada, pensada para que su comportamiento sea inerte frente a alguno de estos parámetros. La otra, acondicionar el ambiente para dejar la máquina a salvo de estos factores perturbadores. Para contrarrestar los efectos de las partículas en suspensión puede carenarse la máquina, o incluso ser presurizada internamente para evitar que penetren las partículas. Por el contrario, puede aislarse la máquina en una cabina. En el caso de la compensación térmica se puede hablar de compensación térmica lineal o compensación térmica estructural. La compensación lineal sólo considera la variación que puede experimentar el sensor lineal en función de la temperatura mientras la estructural, más completa, tiene en cuenta el efecto de las variaciones de la temperatura en la estructura mecánica. La opción de emplear cabinas con tempertura y humedad controladas depende del tamaño de la máquina, pues para grandes volúmenes la opción puede acarrear un coste demasiado elevado, mientras que para volúmenes de unos 100 m2 puede ser la opción más adecuada. Hay que señalar que, para evitar los gradientes espaciales, es decir, para garantizar que la temperatura sea idéntica en cualquier punto de la mecánica evitando así deformaciones estructurales, es preciso conseguir una elevada recirculación del aire. Para eliminar el efecto de las vibraciones existen dos opciones: emplear una cimentación o masa sísmica o bien aislar exclusivamente la máquina mediante elementos antivibrantes activos o pasivos (amortiguadores neumáticos, resortes, elementos viscosos, etc.). Su utilización depende de las dimensiones de la máquina, y de la amplitud y frecuencia de las vibraciones. Cuando se plantea la instalación de una máquina de medir en un ambiente industrial (prensas de estampación, inyección, líneas de mecanizado, forja, etc.), es conveniente realizar un estudio detallado de las vibraciones.

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TRANSDUCTORES Es un dispositivo al que se aplica una energía de entrada y devuelve una energía de salida; esta energía de salida suele ser diferente al tipo de energía de entrada. Por ejemplo, en un medidor de temperatura una espiral metálica convierte la energía térmica aplicada, en el movimiento mecánico de la aguja del marcador. Debido a la facilidad con la que se transmite y amplifica la energía eléctrica, los transductores más utilizados son los que convierten otras formas de energía, como calor, luz o sonido, en energía eléctrica. Algunos ejemplos son los micrófonos, que convierten la energía sonora en energía eléctrica; los materiales fotoeléctricos, que convierten la luz en electricidad, y los cristales piroeléctricos, que convierten calor en energía eléctrica. Los aparatos electrónicos para música o sonido se pueden clasificar en los siguientes grupos: generadores, procesadores, grabadores, reproductores y transductores. Cada uno de ellos tiene una misión determinada: los generadores producen un sonido, los procesadores lo modifican, los grabadores lo almacenan en un medio determinado para su posterior reproducción en los reproductores. Lo que tienen todos en común, es que operan o producen sonido no como onda de presión, sino como una representación de esta en forma de fluctuación de tensión eléctrica. El enlace entre ambas se realiza mediante transductores Un transductor es un dispositivo que convierte una señal de un tipo de energía en otra. La base es sencilla, se puede obtener la misma información de cualquier secuencia similar de oscilaciones, ya sean ondas sonoras (aire vibrando), vibraciones mecánicas de un sólido, corrientes y voltajes alternos en circuitos eléctricos, vibraciones de ondas electromagnéticas radiadas en el espacio en forma de ondas de radio o las marcas permanentes grabadas en un disco o una cinta magnética.

Existen diferentes tipos de transductores electroacústicos que se basan en leyes y propiedades físicas diferentes. A continuación vamos a describir los más importantes. Podríamos hacer una lista similar para los denominados transductores electromecánicos, cuya misión es convertir oscilaciones de ciertos sólidos en oscilaciones eléctricas. Este tipo de transductores tiene importancia en la construcción de instrumentos musicales eléctricos.

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