Investigación Medidores de Velocidad

Instrumentos de medición de velocidad

Escuela Superior Politécnica del Litoral

30 de Junio del 2014

Luis Daniel Zambrano Palma/ Instrumentos de medición de velocidad

Tabla de contenidoÍndice General 1

Introducción 2

Marco Teórico 2

Instrumentos de medición 3

Instrumentos de medición lineal 3

Anemómetros 3

Anemómetros de hélice 4

Anemómetros de cazoletas eléctricos 5

Anemómetros de empuje 6

Anemómetros de presión hidrodinámica 7

Velocímetro 8

Instrumentos de medición angular 9

Tacómetro eléctrico 9

Tacómetro mecánico 9

Tacómetro centrifugo 10

Tacómetro de corriente alterna 11

Tacómetro de corriente continúa 11

Conclusiones 12

Referencias 12

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1. Introducción

El personal de ingeniería y mantenimiento de una planta, continuamente se ve en la necesidad de utilizar elementos más modernos para poder censar algunos parámetros, en el que uno de estos, donde siempre es casi indispensable saber cómo varia, es la velocidad.

La velocidad se determina midiendo el tiempo que requiere una partícula determinada para viajar una distancia conocida. Existen algunos lugares donde conocer la velocidad ayuda a conocer el caudal que es uno de los principales parámetros controlados cuando se trabajan con fluidos. Existe en la industria muchos tipos de medidores, entre los que destacan tacómetro, estroboscopio, encoders rotativos, anemómetros.

La mayoría de industria trabajan con el tacómetro pues es muy eficiente a la hora de controlar ya sea velocidad lineal, o sea una velocidad lineal. Todo depende del uso que se le vaya a dar, y el tipo de precisión que desee la empresa.

2. Marco teórico

Velocidad.- La velocidad es una magnitud física de carácter vectorial que expresa el desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo. Se representa por o . Sus dimensiones son [L]/ [T]. Su unidad en el Sistema Internacionales el metro por segundo (símbolo m/s).

En virtud de su carácter vectorial, para definir la velocidad deben considerarse la dirección del desplazamiento y el módulo, el cual se denomina celeridad o rapidez. De igual forma que la velocidad es el ritmo o tasa de cambio de la posición por unidad de tiempo, la aceleraciones la tasa de cambio de la velocidad por unidad de tiempo.

Instrumentos de medición.- Es un aparato que se usa para comparar magnitudes físicas mediante un proceso de medición. Como unidades de medida se utilizan objetos y sucesos previamente establecidos como estándares o patrones y de la medición resulta un número que es la relación entre el objeto de estudio y la unidad de referencia. Los instrumentos de medición son el medio por el que se hace esta lógica conversión.

Velocímetro.- Un velocímetro es un instrumento que mide el valor de la rapidez promedio de un vehículo. Debido a que el intervalo en el que mide esta rapidez es generalmente muy pequeño se aproxima mucho a la magnitud es decir la rapidez instantánea.

Anemómetro.- El anemómetro o anemógrafo es un aparato meteorológico que se usa para

la predicción del clima y, específicamente, para medir la velocidad del viento. Asimismo es

uno de los instrumentos de vuelo básico en el vuelo de aeronaves más pesadas que el aire.

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En meteorología, se usan principalmente los anemómetros de cazoletas o de molinete,

especie de diminuto molino de tres aspas con cazoletas sobre las cuales actúa la fuerza del

viento; el número de vueltas puede ser leído directamente en un contador o registrado sobre

una banda de papel (anemograma), en cuyo caso el aparato se denomina anemógrafo.

Aunque también los hay de tipo electrónicos.

Para medir los cambios repentinos de la velocidad del viento, especialmente en

las turbulencias, se recurre al anemómetro de filamento caliente, que consiste en

un hilo de platino o níquel calentado eléctricamente: la acción del viento tiene por efecto

enfriarlo y hace variar así su resistencia; por consiguiente, la corriente que atraviesa el hilo

es proporcional a la velocidad del viento.

Tacómetro.- Es un dispositivo que mide la velocidad de giro de un eje, normalmente la velocidad de giro de un motor. Se mide en revoluciones por minuto (RPM). Actualmente se utilizan con mayor frecuencia los tacómetros digitales, por su mayor precisión.

3. Instrumentos de medición

Existe varios tipos de instrumentos a continuación vamos a detallar los más destacados, separados en lo que censan, trabajaremos primero con los instrumentos que miden la velocidad lineal, para trabajar luego con los que miden la velocidad angular.

3.1. Instrumentos de medición de velocidad lineal

El espacio recorrido por unidad de tiempo se denomina velocidad del movimiento. Cuando el desplazamiento tiene lugar en una línea recta, la velocidad se denomina lineal.

La velocidad lineal se mide en metros por segundo (m/s) en el Sistema Internacional.

En la industria, el concepto de velocidad lineal está más orientado a la velocidad con que se mueve el viento o en dado caso un fluido. En la actualidad, existen también varias actividades que requieren medir la velocidad de los objetos que se mueven en una dirección. Tal es el caso del radar de control de velocidad o pistola de velocidad.

3.1.1. Anemómetros

Un anemómetro es un aparato destinado a medir la velocidad relativa del viento que incide sobre él. Si el anemómetro está fijo colocado en tierra, entonces medirá la velocidad del viento reinante, pero si está colocado en un objeto en movimiento, puede servir para apreciar la velocidad de movimiento relativo del objeto con respecto el viento en calma.

Etapa detectora.- Se da cuando el viento atraviesa las hélices del anemómetros, haciendo que estas giren y se forme un movimiento giratorio entre las hélices.

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Etapa Transductora.- Ocurre al momento en que las hélices comienzan a girar estas están conectadas a un sistema mecánico mediante el cual convierte la señal física a una señal electrónica, la cual es codificada.

Etapa indicadora.- La señal electrónica que fue codificada es descodificada por el sistema indicador, el que finalmente muestra en la pantalla el valor del parámetro.

Figura 1. – Anemómetro

3.1.2. Anemómetros de hélice

Estos son los más utilizados por su simplicidad y suficiente exactitud para la mayor parte de las necesidades de medición así como por la relativa facilidad de permitir la medición a distancia.Hay muchos diseños de hélices pero la más común es la hélice de cazoleta, debido a que no es necesario mecanismo alguno para orientar la hélice al viento y que su construcción puede ser robusta para soportar grandes velocidades del viento. También se usan las hélices de tipo helicoidal, como la típica hélice del ventilador común que todos conocemos e híbridos entre las de cazoletas y la helicoidal.

La velocidad de rotación del eje de la hélice es proporcional a la velocidad del viento, por lo que si medimos esta velocidad de rotación, podremos hacer una tabla de calibración directamente en unidades de velocidad del viento en metros por segundo (m/seg) o kilómetros por hora (Km/h) etc.

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Etapa detectora.- El viento atraviesa las cazoletas del anemómetros, están giran de manera proporcional al viento que circule por ellas.

Etapa Transductora.- Las cazoletas comienzan a girar, y esto hace que el eje trasmita este movimiento a un sistema transductor el cual hace que la señal mecánica que en este caso es el movimiento giratorio del hélice se convierta en una señal electrónica que es codifica por el sistema para su posterior etapa.

Etapa indicadora.- El sistema transductor envía la señal codificada, la cual es llevada hasta el circuito electrónico que alista la señal, para mostrarla en la pantalla en forma de un valor para el parámetro medido.

Figura 2.- Anemómetro de hélice

3.1.3. Anemómetros de cazoletas eléctrico

La hélice está acoplada a un pequeño generador eléctrico, cuyo voltaje generado es proporcional a la velocidad de rotación de la hélice y con ello a la del viento.

Este voltaje se mide en un voltímetro cuya escala ha sido calibrada a velocidad del viento por lo que podremos saber su valor en todo momento.

Este tipo de anemómetro tiene las ventajas de que puede ser muy preciso y que además la indicación de la velocidad puede ser a distancia, con solo conducir los cables apropiados hasta el lugar donde se coloque el voltímetro indicador.

Etapa detectora.- El viento atraviesa las cazoletas del anemómetros, las cazoletas giran creando un voltaje.

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Etapa Transductora.- El voltaje que es creado a partir del movimiento giratorio de las cazoletas, es medida en un voltímetro interior el cual mantiene una relación entre el voltaje dado y la velocidad a medir.

Etapa indicadora.- Luego de saber el valor de voltaje que se creó, este está relacionado directamente con un valor de velocidad, el cual es mostrado en la pantalla del instrumento.

Figura 3.- Anemómetro eléctrico

3.1.4.Anemómetro de empuje

En estos anemómetros se utiliza la fuerza resultante en una superficie cuando es alcanzada de frente por el viento.

Una superficie colocada en la punta de un péndulo se coloca de frente al viento, el empuje producido por este, levantará el péndulo más o menos de acuerdo a la velocidad.Una escala apropiada, grabada en una superficie paralela al movimiento del péndulo servirá como indicador usando el propio péndulo como aguja indicadora.

Estos anemómetros no son muy precisos y se utilizan para obtener una información estimada de la velocidad del viento, su indicación generalmente es en números relativos a una escala arbitraria establecida de antemano.

Etapa detectora.- El viento crea un empuje en el péndulo, haciendo que este se eleve con una velocidad angular.

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Etapa Transductora.- La variación de la altura con una velocidad angular, es procesada de manera directa gracias a la escala que se encuentra en la parte superior. Esta escala ya está trabajada para que esté relacionado respecto a lo que se eleve.

Etapa indicadora.- Luego de que el vaso similar suba debido a la fuerza que el viento ejerce sobre este, podemos leer directamente el valor de la velocidad que nos indica el brazo que está conectado al vaso.

Figura 4.- Anemómetro de empuje

3.1.5. Anemómetros de presión hidrodinámica

Cuando el viento impacta sobre una superficie, en ella se produce una presión adicional que depende de esa velocidad, si esta presión se capta adecuadamente, y se conduce a un instrumento medidor, tendremos un anemómetro de presión.

Para capturar esta presión se utiliza el llamado tubo de Pitot, que no es más que un tubo de suficiente diámetro en forma de U con uno de sus extremos doblado y colocado de frente al viento, y el otro abierto al exterior pero protegido de la acción de este.

Etapa detectora.- El viento impacta sobre la superficie ocasionado que se cree una presión diferencial.

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Etapa Transductora.- El tubo de pitot adaptado a capta este cambio de presión debido al movimiento del aire que circula por el ducto donde este se encuentre trabajando.

Etapa indicadora.- El tubo de pitot nos muestra la variación de altura del fluido lo que posteriormente es usado para obtener la velocidad.

Figura 5.- Anemómetro de presión hidrodinámica

3.1.6.Velocímetro

El velocímetro es un instrumento presente en el panel de control de todo automóvil, con él, el conductor puede conocer en todo momento a qué velocidad circula el vehículo de manera más precisa que a simple apreciación.

Este dispositivo no es más que un tacómetro calibrado en Km/h, el cual basa su medición en la velocidad de rotación de alguna de las partes giratorias del vehículo cuando este está en movimiento, por ejemplo el árbol de salida de la caja de velocidades, o el giro de los neumáticos.

Etapa detectora.- El giro de la llantas del auto es comunicado mediante un eje directamente conectado al velocímetro.

Etapa Transductora.- El tacómetro convierte esta señal en una señal electrónica, usando una relación previamente establecida que una la velocidad angular con la lineal

Etapa indicadora.- Esta señal es enviada a la parte indicadora que consiste en una sistema de palancas mecánicas que se estira haciendo que la plumilla nos indique el valor.

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Figura 6.- Velocímetro

3.2. Instrumentos de medición de velocidad angular

La velocidad angular es una medida de la velocidad de rotación. Se la define como el ángulo girado por unidad de tiempo y se la designa mediante la letra griega ω. Su unidad en el S.I. es el radián por segundo (rad/s).

La medición de la velocidad en la industria se efectúa de dos formas: con tacómetros mecánicos y con tacómetros eléctricos. Los primeros 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.

3.2.1. Tacómetro eléctrico

Para usos industriales se suelen utilizar los tacómetros eléctricos porque permiten la transformación directa de la señal para alimentar los instrumentos registradores o controladores de panel. Un caso de aplicación típica lo constituye la medida de la velocidad de giro del eje de una turbina en una central de energía.

Etapa detectora.- El movimiento angular es captado por el eje principal del tacómetro.

Etapa Transductora.- El tacómetro convierte esta señal en una señal electrónica, usando un sistema de registradores o controladores de panel.

Etapa indicadora.- La señal es presentada finalmente como un dato de velocidad angular, ayudado con un sistema de impresión en pantalla.

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Figura 7.- Tacómetro eléctrico

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

Etapa detectora.- El giro es captado por el eje elástico el cual está conectado a los sistemas electrónicos del aparato.

Etapa Transductora.- El eje elástico hace girar al tren de engranajes, que mediante una relación que une como gira este eje, con la velocidad angular medida.

Etapa indicadora.- La señal es presentada, luego de haber sido obtenida de acuerdo a la relación.

Figura 8.- Tacómetro mecánico

3.2.3. Tacómetro centrífugoLos tacómetros centrífugos se basan en el volante centrífugo clásico empleado inicialmente

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en las calderas de vapor. Dos pesos rotativos articulados a un eje giratorio aumentan su radio de giro 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 40000 r.p.m., con una precisión de ± 1 %. Estos aparatos pueden disponer de transmisión hidráulica o neumática.

Etapa detectora.- El giro del eje es aumentado por dos pesos rotativos, que a la vez comprimen un resorte.

Etapa Transductora.- Al ser comprimido el resorte este guarda una escala representativa para la velocidad de giro, en pocas palabras cada compresión del resorte tiene su correspondiente valor de velocidad.

Etapa indicadora.- Luego de obtener el valor mediante la escala, este es mostrado en pantalla.

Figura 9.- Tacómetro centrifugo

3.2.4. Tacómetro de corriente alternaEl tacómetro de corriente alterna consiste en un estator bobinado multipolar en el que el rotor dotado de imán permanente induce una corriente alterna. Un voltímetro señala la corriente inducida y por lo tanto el giro en r.p.m. del eje de la máquina. Puede verse este tipo de tacómetro.

Etapa detectora.- El giro del eje está conectado a un estator bobinado multipolar, en el que este hace que se induzca una corriente.

Etapa Transductora.- Un voltímetro capta el valor de voltaje inducido, el cual tendrá un correspondiente valor de velocidad angular

Etapa indicadora.- El valor obtenido, es mostrada en la pantalla mediante un sistema electrónico.

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Figura 10.- Tacómetro de corriente alterna

3.2.5. Tacómetro de corriente continúa

El tacómetro de corriente continua o dínamo tacométrica consiste en un estator de imán permanente y un rotor con un entrehierro uniforme. La tensión continua recogida en las escobillas del rotor es proporcional a la velocidad en r.p.m. de la máquina. Esta tensión puede leerse en un voltímetro indicador o bien alimentar un instrumento potenciométrico a través de una resistencia divisora de tensión.

Etapa detectora.- El giro en el eje en conjunto de un estator de imán permanente, el cual a medida que este gira hace que se dé un cierto voltaje en el sistema.

Etapa Transductora.- Un voltímetro mide este valor de voltaje que se creó mediante el conjunto detector, el cual tiene su correspondiente valor de velocidad en r.p.m.

Etapa indicadora.- El valor obtenido, es procesada mediante un sistema electrónico, para mostrarlo posteriormente en la pantalla.

Figura 11.- Tacómetro de corriente continúa

4. Conclusiones

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Pudimos observar que en la industria es indispensable poder controlar la velocidad de muchos parámetros, es por ellos que utilizar instrumentos medidores de velocidad es fundamental, pudimos estudiar los diferentes tipos de instrumentos que hay para medir, ya sea velocidad lineal, o ya sea velocidad angular, la mayoría de ellos basándose en el mismo principio, que es convertir la velocidad en alguna señal electrónica, y posteriormente mostrar esta señal.

Analizamos varios tipos de instrumentos pero pudimos conocer que los más destacados son el anemómetro, tacómetro y velocímetro, estos tienen mucha aplicación en las industrias de hoy en día.

5. Referencias http://es.wikipedia.org/wiki/Anem%C3%B3metro http://es.wikipedia.org/wiki/Instrumento_de_medici%C3%B3n http://es.wikipedia.org/wiki/Veloc%C3%ADmetro http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad http://www.sabelotodo.org/aparatos/anemometro.html http://www.sabelotodo.org/automovil/velocimetro.html

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http://www.sabelotodo.org/automovil/velocimetro.html

http://www.sabelotodo.org/aparatos/anemometro.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Veloc%C3%ADmetro

http://es.wikipedia.org/wiki/Instrumento_de_medici%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Anem%C3%B3metro

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