Conocer el principio de funcionamiento y el manejo de los principales instrumentos de medida utilizados en la investigación, el desarrollo, el ensayo y el control de las máquinas e instalaciones térmicas. 

Si la medición es la fuente de datos para realizar cálculos que el ingeniero necesita para tomar decisiones, es evidente que de la calidad de estos datos de partida dependerá en gran medida el acierto en el análisis térmico. Los balances de materia y energía de situaciones reales requieren de la medición, la valoración medioambiental, el control de procesos, los planes de ahorro de energía y la seguridad de operación también requieren de la lectura y procesado de las variables que intervienen en ellos. Por todo esto se hace indispensable que el ingeniero térmico sea capaz de realizar o de plantear la ejecución de programas de medición acertados.

Este conocimiento es muy importante, ya que en todas las prácticas se va a manejar asiduamente dicha instrumentación.

Además, el concepto de medida y su desviación respecto de la realidad (error en la medida), constituye una meta en esta práctica, y pretende acercar al alumno a la recogida  y tratamiento de datos experimentales.

• Termómetros de líquido dilatación y termopares, termistores, Pt100, Termómetros de infrarrojos y de radiación.

• Manómetros de líquido, mecánicos y eléctricos. Barómetros. Medidor de tiro en chimeneas

• Tacómetros mecánicos y eléctricos.

• Básculas y células de carga. Medida de fuerza y par motor.

• Medidores de consumo volumétricos y gravimétricos.

• Medidores de velocidad, anemómetros, caudal y de gasto másico. Tubos de Pitot y Prandl

• Medidores de humedad, termohigrómetro, psicrómetro de aspiración y estático ...

• Analizadores de gases de combustión  Fyrite y electrónicos. Medida de opacidad Índice de Bacharach.

• Analizadores de calidad de agua y de aire, medición de pH y TDS, CO, CO₂,

• Medición de la densidad de radiación y de calor de radiación.

• Detector de fugas de refrigerantes.

• Registradores multivariables.

• Medición de consumo eléctrico.

• etc .........

Explicación de los distintos sistemas e instrumentos de medida empleados en la ingeniería térmica. Identificación sobre los bancos de pruebas del laboratorio de los distintos instrumentos de medida, tipos y características

Cálculo de magnitudes a partir de las lecturas efectuadas así como del error de medida cometido.

GENERALIDADES:

Medir significa determinar experimentalmente el valor de una magnitud física con instrumentos o dispositivos adecuados y verificar cuantas veces es mayor este valor que la unidad de la magnitud en cuestión. Estas unidades se concretaron por convenio internacional en la Conferencia General para medidas y pesos en unidades S.I.

Cualquier sistema de medida consta, genéricamente, de los siguientes elementos:

a) Captador del parámetro a medir. Este elemento detecta directamente la magnitud a medir y genera una señal.

b) Acondicionador de la señal generada por el captador.

c) Sistema indicador y/o de registro.

El sistema indicador permite leer el valor de la medida, utilizando en general los siguientes sistemas:

Analógicos: Indican los valores de la medida mediante una aguja o una marca luminosa en una escala numerada, dotada de rayas divisoras. La desviación de la aguja, es decir su desplazamiento, promovido por la magnitud a medir desde su posición de reposo (punto cero de la escala), es entonces análoga a la magnitud que se mide. Por lo tanto, se deberán leer siempre las rayas divisoras y estimar los valores intermedios. Estos indicadores permiten ver la tendencia de la medida con un simple golpe de vista.

Digitales: Indican los valores de la medida en cifras, generalmente en forma de números decimales. Esto a menudo, es más ventajoso para la observación visual, pues de este modo se puede prescindir de la lectura de las rayas divisoras y de la interpolación de los valores intermedios. Así se evitan considerablemente los errores de lectura, pero son menos apropiados para ver tendencias.

Osciloscopios: Son aparatos de medida y observación de magnitudes variables (aprox. hasta 150 MHz) con el tiempo. Pueden ser analógicos o digitales

Registradores: Los sistemas de registro permiten almacenar una medida en general variable con el tiempo. Estos registros son útiles para la comprobación posterior de procesos de servicio y de perturbaciones. Los registradores más usuales son los siguientes:

-Registradores de papel.

      Plumilla con tinta.

      De papel térmico.

      De papel fotográfico.

-Cintas y discos magnéticos.

-Memorias digitales.

Los parámetros a medir que se tratarán en esta práctica serán los siguientes:

• Temperatura.

• Presión.

• Régimen de giro.

• Fuerza.

• Consumo de combustible.

• Caudal y gasto másico. Velocidad en gases.

• Humedad . concentración en gases y líquidos.

• Análisis de gases de combustión.

• otros.

La práctica de instrumentación se desarrolla a lo largo de todo el curso, puesto que en los diferentes equipos se dispone de instrumentos variados y es necesaria su utilización, se aprovecha para el análisis de los mismos.

Una vez constatado el hecho de que una de las mayores fuentes de errores en los resultados de las prácticas se originan en la propia toma de datos sobre los equipos, se hace necesaria la reflexión y el estudio de estas fuentes de errores.

Errores e incertidumbre en las medidas

- Fidelidad:

Decimos que un aparato de medida es "fiel", cuando realizando diversas medidas de una misma magnitud en las mismas condiciones, los resultados obtenidos son idénticos.

- Exactitud:

Un aparato de medida es exacto cuando la medida realizada con él nos da justamente el valor de la magnitud física.

- Precisión:

Es la mínima variación de una magnitud física que un instrumento de medida puede determinar.

- Sensibilidad:

Un aparato de medida es tanto mas sensible, cuanto mayor capacidad tiene para medir unidades muy pequeñas, es decir, cuando aprecia menores variaciones en el valor de la magnitud a medir.

 

La precisión necesaria de una medida física depende, tanto de la naturaleza de la magnitud a medir, como de su tamaño.

- Error absoluto: es la diferencia entre la medida exacta de una magnitud y la medida obtenida experimentalmente.

- Error relativo: es el cociente del error absoluto () entre el valor exacto de la magnitud (M)

E = / M     Su significado es el tanto por uno del error.

Los errores pueden ser: sistemáticos y accidentales.

Los sistemáticos son derivados, casi siempre, de una construcción defectuosa del aparato de medida, y se evitan en cierto modo, realizando las medidas con aparatos diversos y hallando la media aritmética de los resultados obtenidos.

Los errores accidentales dependen de las condiciones fisiológicas, y aun psíquicas, del observador, así como de la iluminación de los aparatos y demás circunstancias de ambiente que rodean al experimentador. Se disminuye el valor de este error realizando numerosas medidas, por distintos observadores, y obteniendo la media aritmética de ellas.

Aunque hayamos definido error como diferencia entre la medida exacta de una magnitud y el valor obtenido experimentalmente, se comprende que no podemos conocer tal medida exacta ya que este es el objetivo ideal de nuestras experiencias. Por ello, como la probabilidad de compensación de errores, crece con el número de medidas, tomando como valor experimental la media aritmética de los valores encontrados, repitiendo, cuantas más veces mejor, la medida de la magnitud.

El error de la media aritmética queda determinado por la fórmula de Gauss:

x_i = valor de una medida;

x_m= valor de la media aritmética de todas las medidas;

n = número de medidas.

Si en la experiencia está implicada la medida de una magnitud para la cual el error relativo resulta elevado e imposible de disminuir, basta que se efectúen las restantes medidas con una aproximación del mismo orden que aquélla.

No existe un acuerdo unánime acerca de cuál sea el número de dígitos que debe usarse para expresar el resultado de una medida, de manera que a la vista de ese resultado se sepa la precisión con que se realizó la medida. A estos dígitos se les llama cifras significativas, y el resultado de una medida debe darse escribiendo solamente estas cifras significativas.

Al operar con valores que proceden de medidas realizadas con distinta precisión, esto es, con valores que poseen distinto número de cifras significativas, el resultado no puede tener más precisión (o más cifras significativas) que el menos preciso de dichos valores.

Fiabilidad de los datos disponibles

La principal diferencia entre los problemas académicos y los que aparecen en una instalación real, radica en la calidad de los datos disponibles para solucionarlos.

Los datos obtenidos del laboratorio o de la planta pueden ser de mala calidad, poco convincentes, o realmente antagónicos con la realidad. La calidad de los datos dependerá de la exactitud del muestreo, del tipo de procedimiento analítico empleado, de la habilidad de los técnicos en la operación de aparatos, y de otros muchos factores.

Ha de tener el ingeniero cierta habilidad para reconocer los datos dudosos, solicitar y obtener datos fiables, y si es necesario, hacer estimaciones precisas en vez de emplear datos incorrectos o insuficientes.

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