Deformación y Sensores Extensiométricos

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Questions and Answers

¿Cuál es la relación entre la deformación longitudinal y la deformación transversal en un material bajo esfuerzo mecánico?

$εy = -εχ$

$εy = μ·εχ$

$εy = -μ·εχ$ (correct)

$εy = εχ$

¿Cuál es el coeficiente de Poisson aproximado para los materiales metálicos utilizados en extensómetros?

0.5

0.2

0.3 (correct)

0.1

¿Qué efecto ocurre en la resistividad de un metal cuando se le somete a un esfuerzo de compresión?

Aumenta

Disminuye (correct)

Permanece constante

¿Qué representa la constante Kg en los sensores extensiométricos?

Factor de galga o sensibilidad Signup and view all the answers

En la ley de Bridgman, ¿qué representa el cambio porcentual de la resistividad de un metal?

$rac{Δρ}{ρ}$ Signup and view all the answers

¿Cuál es la adaptación de la expresión que determina la resistencia total de un sensor extensiométrico bajo esfuerzo mecánico?

$R = Ro(1 + x)$ Signup and view all the answers

¿Cuál de las siguientes aplicaciones NO corresponde a los sensores extensiométricos?

Medidas de temperatura Signup and view all the answers

¿Qué efecto se produce en un material piezoeléctrico al ser deformado?

Aparece una polarización eléctrica Signup and view all the answers

Según la Ley de Hooke, cómo se relacionan el esfuerzo mecánico T, la deformación unitaria S y el inverso del módulo de Young s?

$T = (1/s) * S$ Signup and view all the answers

Qué representa la variable Elm en la ecuación de sensores piezoeléctricos?

La permitividad a esfuerzo constante Signup and view all the answers

Cuál de las siguientes afirmaciones sobre los sensores piezoeléctricos es incorrecta?

Solo pueden medir fuerzas. Signup and view all the answers

Cuál es la relación correcta que describe la fuerza de Lorentz en los sensores electromagnéticos?

$Fm = q(V x B)$ Signup and view all the answers

Qué determina la acumulación de cargas en las superficies en los sensores electromagnéticos?

El equilibrio entre la fuerza sobre los portadores y la fuerza debida al campo magnético. Signup and view all the answers

En la ecuación $J = ho E$, que representa J?

La densidad de corriente Signup and view all the answers

Cuál es el efecto de un campo eléctrico en un material piezoeléctrico unidireccional?

Induce una tensión eléctrica y una deformación. Signup and view all the answers

Cómo se relaciona la movilidad de los portadores de carga con la conductividad del material?

La movilidad es directamente proporcional a la conductividad. Signup and view all the answers

¿Qué representa el coeficiente Hall en términos de los portadores de carga en un material?

La concentración de electrones Signup and view all the answers

¿Cuál es la función principal de un sensor electromagnético?

Medir magnitudes físicas como movimiento y velocidad Signup and view all the answers

En un termopar, la tensión termoeléctrica depende de:

La diferencia de temperatura entre las uniones Signup and view all the answers

¿Qué ocurre si se invierte la corriente en la unión metalúrgica de dos metales distintos?

Se invierte el sentido del flujo de calor Signup and view all the answers

El efecto Peltier está relacionado con qué concepto en sensores termoeléctricos?

La absorción de calor por el material Signup and view all the answers

¿Cuál es la relación correcta que se establece entre la corriente eléctrica y el calor en un termopar?

$ΔQ = ±TTAB·I·dt$ Signup and view all the answers

El coeficiente de Seebeck en un termopar es función de:

Los materiales A y B utilizados Signup and view all the answers

¿Cuál es un requisito fundamental al conectar un termopar al circuito de medida?

Asegurarse de la polaridad adecuada Signup and view all the answers

¿Qué ocurre si no se usa un milivoltímetro con resistencia de entrada infinita al medir la temperatura?

La tensión termoeléctrica generada se verá afectada. Signup and view all the answers

¿Cuál es la función del coeficiente Thomson en el contexto de los sensores termoeléctricos?

Describir la energía absorbida o liberada por un conductor. Signup and view all the answers

¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta sobre los termopares en materiales homogéneos?

La tensión generada no depende de la temperatura a lo largo de los hilos. Signup and view all the answers

Al introducir un tercer material homogéneo en un circuito, ¿qué condición debe cumplirse para mantener la tensión termoeléctrica resultante?

Las uniones deben estar a la misma temperatura. Signup and view all the answers

¿Cuál de los siguientes sensores termoeléctricos tiene el mayor rango de mV?

Sensor C Signup and view all the answers

¿Qué sucede con la suma algebraica de las tensiones termoeléctricas de Seebeck en un circuito con materiales diferentes a igual temperatura?

Es nula. Signup and view all the answers

Si se modifica el sentido de la corriente en un conductor, ¿qué sucede con el calor liberado?

Cambia de signo. Signup and view all the answers

En un circuito compuesto por un termopar, si las uniones están a diferentes temperaturas, ¿qué ocurre?

Se presenta una variación en la tensión medida. Signup and view all the answers

¿Qué sucede cuando dos materiales A y B generan tensiones termoeléctricas V1 y V2 entre distintas temperaturas?

La tensión termoeléctrica es igual a la suma de V1 y V2. Signup and view all the answers

¿Cuál es la función del bloque isotermo en la medición de temperatura?

Para mantener las uniones B-Cu y Cu-B a la misma temperatura. Signup and view all the answers

¿Qué significa RTD en la medición de temperatura?

Detector de Temperatura Resistivo. Signup and view all the answers

¿Cuál es un factor limitante en la utilización de sensores termoeléctricos?

No miden temperaturas superiores a la de fusión del conductor. Signup and view all the answers

¿Qué es lo que afecta la variación de resistencia en un sensor RTD?

Ambos, el cambio de resistividad y el cambio de dimensiones. Signup and view all the answers

¿Qué es lo que se busca evitar mediante el uso de silicona en los sensores?

Conducciones eléctricas a través del hielo. Signup and view all the answers

¿Cuál es la forma de expresar la dependencia de resistencia en un RTD?

$R_{TX} = R_o[1 + α_1(ΔT) + α_2(ΔT)^2 + α_3(ΔT)^3 + ...]$ Signup and view all the answers

¿Qué puede ocasionar autocalentamientos en los sensores termoeléctricos?

El circuito de medida. Signup and view all the answers

Study Notes

Deformación

La deformación es el cambio de forma o tamaño de un cuerpo debido a la aplicación de una fuerza externa.
εx: Deformación en la dirección x, relacionado con el esfuerzo σx y el módulo de Young E.
εy y εz: Deformaciones transversales, opuestas a εx por el coeficiente de Poisson μ.
En un cilindro con esfuerzo de tracción, la deformación transversal ED se relaciona con la deformación axial εı a través del coeficiente de Poisson.
El coeficiente de Poisson es una medida de la capacidad de un material para deformarse en una dirección perpendicular a la dirección de la fuerza aplicada.
Para los materiales metálicos utilizados en extensómetros, el coeficiente de Poisson es aproximadamente 0,3.

Sensores extensiométricos

Los sensores extensiométricos se basan en el efecto piezorresistivo, donde la resistividad de un metal cambia con una fuerza mecánica.
La Ley de Bridgman relaciona el cambio porcentual de la resistividad con el cambio volumétrico: Δρ/ρ = C ΔV/V, donde ρ es la resistividad, C la constante de Bridgman (1,13-1,15) y V el volumen del sensor.
La resistencia de un sensor extensiométrico incrementa al aplicarle un esfuerzo mecánico: R = Ro(1 + x), donde Ro es la resistencia en reposo, AR0 el incremento de la resistencia y x = AR0/Ro.
La deformación se relaciona con el esfuerzo y el módulo de Young: ε = σ/E = Kg·ε, con Kg como factor de galga o sensibilidad (2 para materiales comunes, 6 para el platino).

Aplicaciones de los sensores extensiométricos

Medidas tanto dinámicas como estáticas de esfuerzo (tracción, compresión, flexión, torsión).
Mediciones de presión.
Mediciones de aceleración (en los acelerómetros).
Mediciones de par mecánico.
Mediciones de fuerzas y pesos (mediante células de carga, por ejemplo, en las balanzas electrónicas).

Sensores piezoeléctricos

El efecto piezoeléctrico implica la aparición de una polarización eléctrica en un material al deformarse por una fuerza.
Se trata de un efecto reversible.
La deformación S, el esfuerzo mecánico T y el módulo de Young E se relacionan según la Ley de Hooke: T = (1/s)*S, donde s = 1/E.
En un material piezoeléctrico unidireccional, se cumplen las siguientes ecuaciones:
- D₁ = (dın Tn + Elm Em) [C/m²]
- Si = (sijTj + dikEK) []
Elm: Permitividad a esfuerzo constante.
sij: Complianza o flexibilidad a campo constante.
din: Coeficiente piezoeléctrico de carga (constante piezoeléctrica).
D: Desplazamiento eléctrico o densidad de flujo eléctrico.

Aplicaciones de los sensores piezoeléctricos:

Medidas de vibraciones.
Mediciones de fuerzas.
Mediciones de presiones.
Mediciones de deformaciones.
Generación de tensión eléctrica.

Sensores electromagnéticos

Los sensores de efecto Hall se basan en la interacción del campo magnético con la corriente en un conductor o semiconductor.
La fuerza de Lorentz actúa sobre los portadores de carga (electrones o huecos): Fm = q(Vx B).
La acumulación de carga genera una tensión que equilibra la fuerza magnética: VH = Bdv.
En materiales de tipo p y n, la tensión Hall tiene signo opuesto.
A través de la ley J = σε (donde σ es la conductividad, n la concentración de electrones, q la carga del electrón y μη la movilidad del electrón), se relaciona la densidad de corriente J con la tensión, el campo magnético y la concentración de portadores.
La tensión Hall (VH) se relaciona con la intensidad de corriente (I) y el campo magnético (B) según la ecuación: VH = BI/(nqt), donde aH = 1/nq es el coeficiente Hall.

Aplicaciones de los sensores electromagnéticos:

Mediciones de movimiento.
Mediciones de la velocidad de rotación.
Mediciones de caudales.
Detectores de proximidad.
Mediciones de desplazamiento.

Sensores termoeléctricos

Los sensores termoeléctricos aprovechan el efecto Seebeck, donde se genera una diferencia de tensión entre dos metales distintos conectados a diferentes temperaturas.
La tensión termoeléctrica ΔV es proporcional a la diferencia de temperatura entre las uniones: ΔV = α(T_x - T_2), con α como coeficiente de Seebeck.
Los termopares, compuestos por dos materiales, se utilizan para la medición de temperatura.
La corriente que pasa por un termopar puede provocar cambios de temperatura debido al efecto Peltier. Para mediciones precisas, se debe utilizar un milivoltímetro con resistencia de entrada infinita para evitar este efecto.
El efecto Thomson se refiere a la liberación o absorción de calor en un conductor homogéneo con un gradiente de temperatura.
La tabla muestra algunos tipos de termopares con su composición y la tensión que generan por rango de temperatura:

Tabla de termopares

Tipo	Composición	mV/rango
B	Pt - (6%)Rhodio / Pt - (30%) Rhodio	13,6
C	W- (5%)Rhodio / W - (26%) Rhodio26	37,0
E	Chromel (90% Ni y10% Cr) / Constantan	75,0
J	Hierro / Constantan (55% Cu y 45% Ni)	42,9
K	Chromel / Alumel (95%, Ni, 2% Mn, 2% Al y 1% Si)	56,0
N	Nicrosil (Ni-Cr-Si) / Nisil (Ni-Si-Mg)	51,8
R	Pt - (13%)Rhodio / Pt	18,7
S	Pt - (10%)Rhodio / Pt	16,0
T	Cu / Constantan	26,0

Leyes de los termopares

En un circuito homogéneo, no se puede generar una tensión térmica a través de un gradiente de temperatura.
La suma algebraica de las tensiones termoeléctricas en un circuito de múltiples materiales es nula si todos los puntos están a la misma temperatura. Esto permite introducir materiales sin afectar la tensión o utilizar un material de referencia.
Las tensiones termoeléctricas generadas en un circuito de dos materiales a diferentes temperaturas son aditivas.
Es necesario utilizar bloques isotermos para eliminar errores de temperatura en las uniones metálicas entre el termopar y el circuito de medida.

Sensores termoeléctricos (RTD)

Los detectores de temperatura resistivos (RTD) se basan en la variación de la resistencia de un material con la temperatura.
La resistencia R a una temperatura Tx se relaciona con la resistencia a la temperatura de referencia Ro a través de los coeficientes de temperatura:
- (R_{TX} = R_o[1+α_1(ΔT) + α_2(ΔT)^2 + α_3(ΔT)^3+...])
El platino es un material común para las RTD debido a su estabilidad y precisión.

Limitaciones de las RTD

No se pueden utilizar para medir temperaturas cercanas o superiores a la de fusión del conductor.
El circuito de medida puede provocar autocalentamiento. El coeficiente de disipación θ indica la capacidad de eliminación de calor.
Las deformaciones mecánicas pueden afectar la resistencia del material.

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Description

Este cuestionario se centra en los conceptos de deformación y los sensores extensiométricos. Aprenderás sobre la relación entre la deformación y la aplicación de fuerzas, así como el efecto piezorresistivo en sensores. Profundiza en la importancia del coeficiente de Poisson y su aplicación en materiales metálicos.