Evaluación

9,852 views

Published on

Published in: Sports
2 Comments
19 Likes
Statistics
Notes
  • Hola, si no es mucha molestia, podrias pasarme el documento a esta direccion de correo electronico. lloret.lloret@gmail.com
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
  • Hola, disculpa. ¿cuál es la bibliografía de donde sacaste la información?
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
No Downloads
Views
Total views
9,852
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
9
Actions
Shares
0
Downloads
0
Comments
2
Likes
19
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Evaluación

  1. 1. MÁSTER PROFESIONAL EN ALTO RENDIMIENTODEPORTES DE EQUIPO
  2. 2. MÁSTER PROFESIONAL EN ALTO RENDIMIENTO EN DEPORTES DE EQUIPO 1 SEGUNDO CURSOA2. ÁREA DE PLANIFICACIÓN y CONTROL DEL ENTRENAMIENTOMÓDULOEVALUACIÓN EN LOS DEPORTES COLECTIVOS http://www.mastercede.com
  3. 3. MÁSTER PROFESIONAL EN ALTO RENDIMIENTO EN DEPORTES DE EQUIPO 2 PROFESOR: Josep Maria Padullés i Riu Licenciado en Educación Física Ingeniero Industrial UPC Profesor INEF Barcelona http://www.mastercede.com
  4. 4. INTRODUCCIÓN A LA EVALUACIÓNEl Diccionario de las ciencias de la educación define la evaluación como: "laactividad sistemática y contínua, integrada en el proceso de entrenamiento, quetiene por objetivo proporcionar la máxima información para mejorar esteproceso, reajustando sus objetivos, revisando críticamente planes y programas,métodos y recursos, y facilitando la máxima ayuda y orientación a los alumnos".Por consiguiente: la evaluacion es la medida de control de nuestra intervencioncomo entrenadores.La evaluación de los procesos que intervienen en el rendimiento en deportesde equipo es tan complejos que implica el control de un gran número defactores y variables. Hasta finales del siglo XX hablar de evaluación en elmundo de la actividad física y del deporte era hablar de test relacionados conla resistencia. El estudio la potencia aeróbica máxima ( VO2 máx.) de unindividuo, y la capacidad funcional de su sistema cardio-circulatorio (cicloergómetro, cinta sin fin, Harvard step-test, Cooper test, etc. ). se haconsiderado hasta ahora como el único método para medir de las capacidadesde rendimiento del organismo del deportistaSólo éste tipo de test disponía de un soporte científico y tecnológico que lohacía válido y fiable y se practicaban principalmente en los grandes centros deinvestigación deportiva, en el campo clínico y de la rehabilitación. Pero lasnecesidades del mundo del deporte iba en la mayoría de los casos en otradirección, se observa que el metabolismo a aeróbico, a pesar de suimportancia, no es determinante en cuanto al rendimiento en numerosasespecialidades deportivas que l están mas ligadas a las capacidadesneuromusculares y al metabolismo anaeróbico.Las primeras formas de evaluación que se aplicaron a la actividad física y aldeporte se centraron en las medidas antropométricas, uno de los pioneros fueHitchcock del Amherst College que estuvo recogiendo datos entre los años1861 y 1880 y publicados en 1893. La inclusión de los test de fuerza,probablemente fue iniciada en 1880 por Sargent. En 1896, Kellog describió undinamómetro universal con el que se hace posible una valoración más
  5. 5. cuidadosa de la actividad muscular. En 1921 Sargent pública un artículotitulado ”The Physical Test of Man” en el que se describe su famoso test desalto , vertical, uno de los primeros test de potencia muscular. Rogerspresenta su batería de test en 1927, y que es utilizado como referencia de lashabilidades atléticas. Mc Curdy pública sus modificaciones a los testanteriores en 1933, eliminando los elementos de resistencia incluidos en loscitados test. Con posterioridad fueron mejorados por Mc Cloy (1939) alincorporar el uso de un dinamómetro isométrico.En 1945, Delorme introduce el concepto RM o repetición máxima.En los últimos 50 años los mayores avances en la evaluación se puedenatribuir al desarrollo de materiales, equipos y técnicas. La gran desarrollo dela industria electrónica y , sobre todo, la aparición de los ordenadorespersonales ha hecho posible la gran revolución de los instrumentos deevaluación.La valoración de la fuerza muscular, potencia, rango de movimiento,flexibilidad y stiffness va ganando importancia en los distintas disciplinasrelacionadas con la actividad física y el deporte tanto en la búsqueda delrendimiento, como en la selección de talentos, rehabilitación etc.En la mayoría de los deportes, especialmente en los deportes de equipo, seencuentra una baja o ninguna correlación entre la resistencia aeróbica y elresultado deportivo. Según Bosco, poniendo el ejemplo del futbol, lascualidades fisiológicas fundamentales que debe poseer un jugador debenidentificarse, en primer lugar, con las capacidades neuromusculares y, acontinuación,con los sistemas bioenergéticos señalados para suministrarenergía bioquímica, que se transforma en trabajo mecánico en los músculos.Tal como se ha descrito, la bibliografía internacional demuestra de forma clarae incuestionable que el futbolista no posee una potencia aeróbica demasiadoelevada. Los valores determinados en jugadores europeos y americanos nosuperan los niveles de 60 -65 ml/min/kg ( Bosco 1985 ).
  6. 6. Consumo máximo de oxígeno (VO2max), potencia anaeróbica valorada con el test de Bosco(Watt x kg/peso corporal) y elevación del centro de gravedad durante un salto vertical con lospies juntos registrado en deportistas que practican distintas disciplinas deportivas (Bosco,1990).Esto indica que el consumo máximo de oxígeno no es un factor condicionantedel rendimiento del futbolista. Por el contrario, las capacidadesneuromusculares y la coordinación motora desempeñan un papel muyimportante para poder destacar en todos los juegos de equipo. En la prácticatodas estas cualidades se manifiestan bajo forma de respuestas espacio-temporales durante la ejecución de acciones y movimientos que el jugadorefectúa en las confrontaciones con balón, los compañeros de equipo y losadversarios.La habilidad para acelerar cuerpos externos como balones,artefactos o implementos, así como para generar fuerzas reacción al suelo quepermiten efectuar cambios de velocidades o dirección está altamentecorrelacionada con las condiciones neuromusculares del deportista.Estudios finalizados en los últimos 50 años han demostrado la enormeimportancia que tiene el entrenamiento de fuerza, potencia y velocidad en elrendimiento de la mayoría de los deportes, que se por ello que lamonitorización de la fuerza y la potencia se ha convertido en una ayudaimportantísima en los programas de entrenamiento de fuerza. Actualmente losprogramas de entrenamiento con sobre cargas están siendo utilizados por unsegmento importante de la población desde jóvenes personas ancianas, con
  7. 7. el los objetivos más diversos. La correcta prescripción de los ejercicios obliga auna evaluación continua de las capacidades de fuerza con el objetivo de latarde y cambiar el programa de ejercicios en función de cada situación.Efecto de un entrenamiento especifico de fuerza a corto plazo (4 semanas) sobre la velocidadde natación en 25 m. El entrenamiento se llevó a cabo en un aparato especifico al deporte. Elaumento de potencia del 19 % medido en el aparato de entrenamiento fue asociado con elaumento del 4 % de la velocidad de natación. Basado en Sharp, Troup y Costill (1982).Al referirnos a las capacidades neuro-musculares, debemos hablar de susmanifestaciones especialmente en sus manifestaciones mecánicas, fuerza,trabajo, potencia, y velocidad, pero teniendo en cuenta que la medición dedichas manifestaciones debe proporcionar información sobre los procesosimplicados.La importancia de la fuerza y la potencia es mucho mayor en los deportes queimplican una habilidad cerrada como atletismo, alterofilia, natación o remo. En
  8. 8. los deportes que implican distintos patrones de habilidad abiertos, por ejemploinfluidos por tácticas, acciones de oponentes o situaciones de incertidumbre,el proceso de evaluación suele complicarse. Se puede simplificar el procesocorrelacionando las pruebas con habilidades aisladas y mesurables como lavelocidad de lanzamiento del balón.La evaluación es un proceso ue asume una importancia enorme en tanto es undispositivo de información objetiva para el entrenador. Su programación sedesarrolla paralelo al entrenamiento, y por ello se presenta como un todo quepuede llegara formar parte del mismo entrenamiento., para ello se siguen lasetapas siguientes: Evaluación inicial del equipo y de los jugadores Establecimiento de objetivos Realización de los programas de entrenamiento Controles intermedios Modificaciones en el programa de entrenamiento Evaluación final Equipo usado por E.J. Marey para detectar la fuerza de reacción en el suelo y la altura del salto(1885).
  9. 9. DEFINICIONESMETROLOGÍA Según Zatsiorski, la metrología es la ciencia que estudia la estandarización y la exactitud enlas mediciones. Como disciplina científica, la metrología deportiva representa una parte de lametrología general cuyo objetivo específico es el control y las mediciones en el deporte. Enparticular, su contenido incluye: 1) el control del estado del deportista, las cargas de entrenamiento, la técnica de ejecución de los movimientos, los resultados deportivos y la conducta del deportista en las competencias. 2) la comparación de los datos obtenidos en cada uno de estos controles, su valoración y análisis.Tradicionalmente, la metrología se ha ocupado solamente de la medición de magnitudes fisicas´como la fuerza, la potencia, la velocidad, etc.. En los últimos decenios se han creado métodosque permiten medir diversos indicadores de naturaleza no fisica (psicológicos, biológicos,sociológicos, pedagógicos y otros). Actualmente, algunos investigadores proponen la inclusión deescalas de fatiga en los test que pueden actuar como correctores de ciertas desviaciones.Medida, Test y Evaluación.Denominamos medida a la comparación de la magnitud a medir con una unidad de nominadapatrón nos indica las veces que la unidad patrón está incluida en la magnitud a medir. Tambiénpodemos decir que es la correspondencia que se establece en entre un fenómeno y su expresiónnumérica. medir es establecer relaciones utilizando números con palabras. En del deporte seexpresa en forma numérica indicadores de cualidad, como en gimnasia artística o el patinaje.Escalas de mediciónEscalas Operaciones Procedimientos matemáticos básicas permisibles EjemplosDe denomi- Establecimiento Número de casos Numeración de de-naciones de igualdad Moda portistas en el equipo Correlación de sucesos Resultados del sorteo casuales (coeficientes tetracórico y policórico de correlación)De orden Establecimiento Mediana Lugar ocupado en las de las correla- Correlación por rangos competencias ciones "mayor" Criterios de rangos Resultados de la cate- o "menor" Comprobación de las gorización de los de- hipótesis portistas por el grupo de expertos
  10. 10. De intervalos Establecimiento El valor promedio Las fechas calendarias de la igualdad La desviación media (el tiempo) de los intervalos (cuadrática (estándar) El ángulo articular La correlaciónDe relaciones Establecimiento El coeficiente de va- La longitud, la fuerza, de la igualdad riación el peso, la velocidad, de las relaciones La media geométrico etcéteraDenominamos prueba a toda medición encaminada a determinar el estado en que se encuentraen deportista en momento dado. La prueba o test es El conjunto de acciones que incluye unao varias mediciones, que se efectúan cuando la ha complejidad del objeto al medir hace sumedida difícilmente accesible.Una misma prueba debe dar resultados coincidentes cuando se efectúa en igualdad decondiciones.Según Zatsioirski, no todas las mediciones pueden ser utilizadas como pruebas, sino solamenteaquellas que responden a exigencias especiales. Entre ellas se encuentran: 1)la estandarización (el procedimiento y las condiciones de aplicación de pruebas deben ser iguales en todos los casos); 2)la existencia de un sistema de evaluaciones 3)la contabilidad; 4)el nivel de información. Las pruebas que satisfacen las exigencias de seguridad y de información se denominan sólidaso auténticas (del griego authentikós, de manera fidedigna). El proceso de experimentación se denomina aplicación de pruebas, y el valor numérico obtenidocomo consecuencia de la medición se denomina resultado de la aplicación de las pruebas (oresultado de la prueba). Las pruebas que tienen como base tareas motoras se denominan motoras. Sus resultadospueden ser o resultados motores (tiempo de recorrido de la distancia, cantidad de repeticiones, ladistancia recorrida, etc.), o indicadores fisiológicos y bioquímicos. A veces se utiliza no una prueba, sino varias pruebas que tienen un mismo objetivo final (porejemplo, la evaluación del estado del deportista en el período competitivo del entrenamiento).Este grupo de pruebas se denomina complejo de pruebas.Tipos de pruebas motorasDenominación de Tarea del deportista Resultado de la Ejemplola prueba pruebaEjercicios Mostrar el re- Logros motores Carrera de 1500 m,de control sultado máximo tiempo de la carrera
  11. 11. Pruebas fun- Se dosifica igual-cionales es- mente para todostándar a) por la magnitud Indicadores fisio- Registro de la FCC del trabajo rea- lógicos o bioquí- para un. trabajo lizado micos para un tra- estándar 1000 kgm/ bajo estándar /min b) por la magnitud Indicadores moto- Velocidad de la de los cambios res para una mag- carrera para una fisiológicos nitud estándar de FCC de 160 pulsa- los cambios fisio- ciones por minuto lógicosPruebas fun- Mostrar el resul- Indicadores fisio- Determinación decionales tado máximo lógicos bioquímicos la "deuda" máxima de oxígeno o del consumo máximo de oxígenoLlamamos evaluación a la cualificación por parte de un experto de la información obtenida enuna o varias pruebas. Es la medida unificada del éxito o fracaso en una tarea determinada, eneste caso prueba. El proceso de deducción de las evaluaciones se denomina calificación.El resultado de la evaluación se denomina diagnóstico.ESQUEMA DEL PROCESO DE EVALUACIÓN APLICACIÓN DE LA ESCALA DE MEDIDA MEDICIÓN PRUEBA RESULTADO DE LA PRUEBA PUNTUACIÓN (EVALUACIÓN PROCESO EVAL. ESCALA DE EVALUACIÓN INTERMEDIA) INTERMEDIA PROCESO DE EVAL. EVALUACIÓN FINAL FINAL (DIAGNÓSTICO) NORMAS
  12. 12. Magnitudes y unidades de medidaLas magnitudes son los indicadores numéricos de algún proceso físico.Las magnitudes que se definen sólo por un número se denominan escalares, un ejemplo es lamasa, el tiempo o el número de zancadas en una carrera. Pero existen magnitudes que precisande mayor información para ser definidas, son las denominadas vectoriales, para definirlasdebemos indicar: Módulo o cantidad que indica el número de veces que contiene la unidad patrón. Origen o punto de aplicación de la magnitud. Dirección que indica la línea de desplazamiento Sentido que indica hacia donde va.La velocidad, la aceleración, el recorrido o la fuerza son magnitudes vectoriales y por lo tantodeben estar definidas por los parámetros descritos anteriormenteCon el fin de poder comparar distintas mediciones estas deben ser expresadas con las mismasunidades. El primer sistema de unidades fue el sistema métrico decimal nacido a raíz de larevolución francesa. Este incluía las unidades de longitud, masa, volumen y capacidad.Actualmente el internacional incluye siete unidades básicas independientes unas de las otras,longitud, masa, tiempo, intensidad de la corriente eléctrica, temperatura, cantidad de sustancia eintensidad de la luz. Unidades básicas del SIMagnitud Símbolo Unidad Símbolo internacionalLongitud L metro mMasa M kilogramo kgTiempo T segundo sIntensidad de la cor.electr. I ampere ATemperatura 0 Kelvin KCantidad de sustancia N mol molIntensidad de la luz J candela cdLos patrones de medida pueden ser fundamentales o primarios como el tiempo, el espacio y lamasa que no dependen de otro patrón, o bien derivados o secundarios, que provienen de lacombinación de otros patronas como en el caso de la velocidad, aceleración o fuerza. Lospatrones se han decidido por convenio y se han estandarizado.
  13. 13. A menudo se utilizan prefijos que indican distintos factores de las unidades, un kilogramo indicamil gramos o un milisegundo indica una milésima de segundo.Factores Prefijos 1.000.000 = 106 mega 1.000 = 103 kilo 100 = 102 hecto 10=10 deca 0.1 = 10E-1 deci 0.01 = 10E-2 centi 0,001 = 10E-3 mili 0,000001 = 10E-6 microPRINCIPIOS FUNDAMENTALESNewton (1642-1727) formuló los principios fundamentales de la mecánica, fueron adaptados ymodificados posteriormente por D’Alembert, Lagrange y Hamilton. Su definición ha sidoplenamente válida hasta la formulación por Einstein de su teoría de la relatividad en 1907. Losprincipios newtonianos siguen siendo la base de algunas disciplinas como la ingeniería o labiomecánica.Los conceptos básicos mas utilizados en mecánica sonEspacio, Tiempo, Masa, como magnitudes fundamentales y Velocidad, Aceleración, Fuerza,Presión, Torque, Trabajo,Energía, Potencia, Impulso y Cantidad de Movimiento como magnitudesderivadas de las anteriores. El concepto de espacio se asocia a la noción de posición de un punto. La posición sepuede definir por las tres longitudes medidas desde cierto punto de referencia u origen en tresdirecciones dadas. Estas longitudes se llaman coordenadas del punto P.Pero cuando se habla de espacio en biomecánica además de la idea de posición exista otradefinición que corresponde al espacio recorrido lo que va ligado a al idea de distancia.El primer concepto lo tenemos bien definido en la aplicación a la táctica deportiva, el campo dejuego es un espacio bi o tri-dimensional definido por unas coordenadas la situación en un instantedado de cada jugador o del balón nos viene dado por su posición.El concepto de distancia adquiere especial importancia cuando se evalúa el recorrido de unacarga levantada ó bien la altura de un salto.
  14. 14. Denominamos trayectoria a la variación de la posición de un móvil en el espacio, como línea queune las distintas posiciones que ha ocupado un punto. La trayectoria puede ser rectilínea cuandosigue una línea recta como en el caso de un nadador de velocidad. en el levantamiento de pesasla trayectoria de la barra tiene una importancia fundamental.Pero hablar de movimiento implica referirse a posición y a tiempo. Este, en mecánica siempre seasocia a cambio y movimiento. En deporte tiempo es sinónimo de duración de una acción ypodemos hablar de tiempo parcial como duración de una fase dentro de un gesto deportivo, porejemplo el tiempo en alcanzar la máxima fuerza en una acción isométrica.Entendemos como masa a la cantidad de materia que contiene un cuerpo. Cuando se pretendehacer un estudio del movimiento de un cuerpo se crean unas premisas que definen unascondiciones ideales que no se corresponden con la realidad pero que facilitan el trabajo deanálisis, así se habla de masa puntual y se hace que la extensión del cuerpo se reduzca a unpunto y a dicho punto se le dota de masa.Un punto específico del cuerpo es el llamado centro de gravedad o CDG y que se define comoaquel punto en el que la resultante de todas las fuerzas aplicadas al cuerpo tiene su origen en el yse mueve según las leyes de la mecánica como si toda la masa del cuerpo estuviera unida a él,cuando de forma indirecta se evalúa a la fuerza a partir de la altura alcanzada en un salto nosestamos refiriendo a la trayectoria alcanzada por el centro de gravedad.En el cuerpo humano se utiliza habitualmente el centro de masa de cada segmento corporal parahallar fuerzas resultantes en movimientos deportivos, las posiciones todos y cada uno de lossegmentos corporales define la posición del CDG por lo que este varía de posición en función delos segmentos corporales pudiendo llegar a estar situado fuera del cuerpoLa velocidad se define como la relación entre el espacio recorrido y el tiempo en recorrerlo o lavariación del espacio con respecto al tiempo. Distancia recorrida Velocidad media = ----------------------------- Tiempo transcurridoEn el ámbito de la actividad física se pueden definir distintas variantes de la velocidad, así puesse puede hablar de velocidad media cuando se relaciona una distancia conocida con el tiempo enrecorrerla como en el caso del corredor de 100 m. lisos que ha hecho un tiempo de 10”, lavelocidad media ha sido de 10 m/s. En este caso la velocidad del atleta ha ido variando a lo largode toda la carrera, pero su velocidad promedio es 10 m/s.
  15. 15. Cuando se hace un registro continuo de la velocidad a lo largo de todo el recorrido se pude hallarla velocidad instantánea que es la medida en un tiempo extremadamente breve, próximo al cero.En este caso se puede hablar también de velocidad máxima si se ha registrado la evolución de lavelocidad a lo largo de todo el recorrido, existe un espacio que ha sido recorrido en el menortiempo. El sprinter citado anteriormente puede alcanzar una velocidad máxima próxima a los 12m/s.Al hacer un registro continuo de la velocidad se habla de velocidad inicial como la que tiene elsujeto en el momento de iniciar la medición. En el caso del sprinter la velocidad inicial es de 0m/s. Un saltador de longitud en el momento de la batida tiene una velocidad inicial de 11 m/s.Muchas veces se habla erróneamente de velocidad de reacción, concepto mal definido, puesdebe llamarse tiempo de reacción y ya ha sido definido anteriormente.Cuando la velocidad varía a lo largo del tiempo se habla de aceleración que se puede definircomo la variación de la velocidad con respecto al tiempo. Cuando un sprinter parte de los tacos a0 m/s y alcanza una velocidad de 10 m/s al cavo de 5 segundos, el aumento de velocidad ha sidode 2 m/s cada segundo o lo que es lo mismo, la aceleración ha sido de 2 metros por segundo alcuadrado (m s-2).De todos es conocida la anécdota de la manzana de Newton, pero con anterioridad, Galileoobservó y experimentó con la caída de los objetos, los cuerpos que caen están sometidos a unaaceleración que se atribuye a la atracción gravitatoria de la Tierra, si se suponen unascondiciones ideales en las que la resistencia del aire es despreciable, o en el vacío, se puedeobservar que la aceleración de la gravedad es igual para todos los objetos que caenindependientemente de su tamaño y composición, y que dicha aceleración es constante y nocambia durante la caída del objeto. La aceleración de la gravedad cerca de la superficie terrestrees de 9,8 m s-2 y se expresa por g.Al efectuar un salto vertical o un levantamiento de peso se debe superar la fuerza de la gravedadque se expresa sobre los cuerpos con una aceleración 9,8 m s-2En el ámbito de la actividad física y del deporte se confunde a menudo el significado de laspalabras fuerza y potencia asignando a la primera la idea de movimiento de grandes cargas abaja velocidad y a la segunda se le asocia el movimiento efectuado a alta velocidad. Tanto sise trabaja con cargas elevadas o ligeras y con velocidades altas o bajas en todo caso siempreexiste una fuerza y una potencia. Por todo lo anterior vale la pena aclarar los conceptos físicosde fuerza y potencia.
  16. 16. La fuerza ya ha sido definida anteriormente pero recordaremos que es la acción que producecambios en estado de reposo o movimiento de un cuerpo o bien que produce deformaciones. Suformulación es F= M x a (N)Por lo tanto para conocer la fuerza a la que está sometido un cuerpo debemos conocer sumasa y la aceleración que adquiere.Debemos recordar que no se debe confundir masa con peso, siendo este la fuerza con que lagravedad atraer cualquier masa.La fuerza de atracción de la gravedad sobre los cuerpos sometidos a ella hace que estos caigancon una aceleración 9,8 m/s2 Medición de la presión aplicada sobre el pedal de freno de un automobilCuando se desplazaba un cuerpo por efecto de una fuerza, se reproduce un trabajo mecánico,este es igual al producto de la fuerza aplicada por la distancia recorrida y su unidad es el Joule W (J) = F (N) x s (m)La potencia mecánica y es la relación entre el trabajo y el tiempo necesario para realizarlo y suunidad es el Watt P (W)= W (J) / t (s) P=W / t = F x s / t => P = F x vAl intervenir la fuerza y la velocidad, la potencia se convierte en elmejor indicador de las capacidades mecánicas de un sistema motriz.
  17. 17. Cuando adquirimos un vehículo lo primero que preguntamos es ¿cuál es su potencia?. No sepregunta por su fuerza o por otras características mecánicas. Que en vehículos de competicióna menudo se le proporciona el dato de la capacidad de aceleración, a si podemos leer que uncierto automóvil puede acelerar de 0 a 100 Km/h en 8 segundos .Si la magnitud y dirección de una fuerza ejercida sobre objeto provoca una rotación sobre un ejese produce un movimiento de rotación con respecto a este eje. Existe una equivalencia entre losmovimientos rectilíceos y los movimientos circulares. Llamamos torque al producto de lacomponente perpendicular a la un radio de giro en el punto de aplicación de la fuerza por sudistancia al eje de giro. Se expresa en Newton por metro Torque = (F x cos α ) x r (N·m) Existe una correspondencia entre los movimientos lineales y los movimientos angulares Movimiento lineal Movimiento angular Cantidad Unidad Cantidad Unidad Fuerza (F, P, W) Newton (N) Torque (T) Newton por metro (N.m) Velocidad (v) Metros por Velocidad (w) Radianes por segundo segundo (m · s-1) (rad · s-1) Masa (m) Kilogramo (kg) Momento de Kilogramos por metro inercia (I, J) al cuadrado (kg . m2 ) Aceleración (a) Metros por segundo Aceleración (α) Radianes por segundo al cuadrado (m · s-2) al cuadrado (rad . s-2) Desplazamiento (d, s) Metro (m) Desplazamiento (0) Radián (rad) Tiempo (t) Segundo (s) Tiempo (t) Segundo (s) Sistema Yoyo de musculación, utiliza la inercia de las ruedas para provocar un trabajo mecánico intensísimo. Se aplicará en el entrenamiento de los astronautas en las estaciones orbitales. (Fotografía realizada en el INEFC de Per Tesch, inventor junto a Hans Berg, 2002 )
  18. 18. La fuerza puede valorarse de dos formas, cualitativa, a partir de una observación sin necesidadde instrumental, o de forma cuantitativa, mediante el uso de diversas metodologías de registro yvaloración.En la valoración cualitativa se observa y se define: -articulaciónes y segmentos implicados -músculos y grupos musculares que intervienen -tipo de contracción -forma de ejecuciónLa valoración cuantitativa precisa de instrumentos mas o menos sofisticados que miden lasvariables más representativas: -posicion, distancia recorrida y rango articular -velocidad media o instantánea (lineal o angular) -nº de repeticiones, nº de series y su frecuencia -tipo y magnitud de la resistencia que se maneja (expresada en Kg.) -fuerza desarrollada (expresada en N o como un torque (momento) en N·m) -potencia desarrollada (como potencia media o como pico de potencia en W) -trabajo(expresado en Joules) -actividad EMG (expresada en mVolts)Todos los valores pueden expresarse en forma relativa dividiéndolos por la masa M sujetoINDICADORESEn la valoración de la fuerza y de la potencia se suelen utilizar tres tipos de indicadores -Indicadores básicos: fuerza, torque y potencia, tanto en valor medio como máximo. -Indicadores diferenciales: que relacionan la fuerza y la potencia con el tiempo en desarrollarla. -Indicadores indirectos: max. carga levantada, velocidad, tiempo etc.Antes de entrar en los métodos de evaluación de la fuerza y la potencia debemos conocer losprincipios físicos sobre los que se basan ya que la evaluación se hace normalmente a partir demediciones indirectas a partir de las cuales se obtienen los datos deseados. La medición de lafuerza y la potencia pueden hacerse a partir del conocimiento de: -Masa -Aceleración -Deformación
  19. 19. CONVERSIÓN DE UNIDADESDesplazamiento lineal1 m = 3,28084 ft1 m = 39,37 in (pulgadas)1 ft = 0,3048 m1 in = 0,0254 mDesplazamiento angular1 rad = 57,29578ºlº = 0,017453 radVelocidad lineal1 m/s = 3,6101 Km/h1 Km/h = 0,2777 m/s1 m/s = 3,28084 ft/s1 m/s = 2,236936 mph1 ft/s = 0,3048 m/s1 mph = 0,44704 m/sVelocidad angular1 rad/s = 57,29578º/s1 rad/s = 9,549297 rpm1º/s = 0,017453 rad/s1 rpm = 0,10472 rad/s1º/s = 0,166667 rpm1 rpm = 6º/sMasa1 kg = 2,204784 lb1 lb = 0,45359237 kgPeso1 N = 0,101972 kp1 N = 0,101972 kg1 N = 0,224809 lb1 kp = 9,80665 N1 kg = 9,80665 N1 lb = 4,448222 NFuerza1 N = 0,1020 kp (kilopondios)1 N = 0,2248 lb (libras)1 N = 0,1020 kgf (kilogramo -fuerza)1 kp = 9,80665 N1 lb = 4,448222 N1 kgf = 9,80665Torque1 N.m = 0,737562 ft-Ib (pies libras)1 N·m = 0,101972 kg·m1 N·m = 0,101972 kp.m1 ft·Ib = 1,355818 N·m1 kg·m = 9,80665 N·m1 kp·m = 9,80665 N·mTrabajo1 kJ = 0,238846 kcal1 J = 0,737562 ft·Ib1 kcal = 4,1868 kJ1 ft·b = 1,355818 JPotencia1 W = 0,00134 cv1 W = 6,12 kp.m/ min1 W = 0,01433 kcal/min1 W = 0,06 kJ/ min1 cv = 746 W1 kp·m/min = 0,163399 W1 kcal·min = 69,784 W
  20. 20. OBJETIVOSOBJETIVOS GENERALES DE LA EVALUACIÓNPara McDougall, el programa de evaluación se convierte en un proceso educativopara el deportista en tanto adquiere una mayor información sobre él mismo ysobre el deporte que practica. La interpretación de los resultados resulta de granutilidad al deportista y al entrenador al incrementar el nivel de información sobrelos factores fisiológicos del deporte y del deportista.Dentro del proceso de evaluación se pueden encontrar dos etapas, una etapaprevia que consiste en definir los objetivos de ésta, para Léger, Cazorla y Marini,la elección de objetivos forma la parte teórica, la ejecución de la prueba es la partepráctica de la evaluación. Podemos definir actuaciones que nos permitan efectuarun diagnóstico a partir del cual se presecribe un tratamiento. Normalmente laprimera fase se produce a partir de la acción de comparar resultados.La comparación se puede efectuar: -Entre grupos, hombres y mujeres, jóvenes y adultos, velocistas y fondistas, etc. -Con respecto a un grupo. Permite ubicar al sujeto evaluado dentro del grupo. -Del sujeto consigo mismo. Informa del grado de evolución del entrenamiento, tratamiento, rehabiliatción, etc.A partir de los datos comparados se puede: -Verificar el estado de salud y la capacidad funcional general del deportista -Evaluar las capacidades funcionales específicas del deportista. -Seleccionar y clasificar al deportista. Seleccionar talentos. -Orientar al deportista en función de sus puntos fuertes o débiles, hacia las actividades que le pueden ser mas favorables. -Verificar el estado del entrenamiento y verificar los progresos. -Proponer modificaciones que permitan mejorar el proceso de entrenamiento, cambiando, cargas, medios, métodos, etc., en función de los resultados obtenidos.
  21. 21. -Fijar objetivos accesibles en las siguientes evaluaciones. -Predecir resultados deportivos. -Motivar.De loa anterior se puede determinarLos objetivos generales de la evaluación también sirven para: Verificar hipótesis de investigación. Realizar estudios normativos. Validar pruebas e instrumentos. Formar técnicos.Mark Godik. define los fundamentos metrologicos del control del nivel de lapreparacion física de los deportistas. 1989. Metrología deportiva. Planeta. MoscuREQUERIMIENTOS GENERALES DEL CONTROLEl control del nivel de la preparación fisica incluye la medición del nivel dedesarrollo de las cualidades de velocidad y fuerza, de la resistencia, la agilidad, laflexibilidad, el equilibrio, etc. Son posibles tres variantes principales en laaplicación de las pruebas: I) la evaluación integral del nivel de la preparación fisica empleando unamplio círculo de variadas pruebas 2) la evaluación del nivel de desarrollo de una cualidad determinada ( ej. la resistencia enlos corredores) 3) la evaluación del nivel de desarrollo de una de las formas de manifestación de la cualidad motora (ej. el nivel de la resistencia de velocidad en los corredores).Al aplicar las pruebas para la determinación del nivel de preparación fisica esnecesario previamente: 1) determinar el objetivo que se persigue al aplicar las pruebas; 2) garantizar la normalización de los procedimientos de medición;
  22. 22. 3) seleccionar pruebas con una alta confiabilidad y nivel de información, cuya técnica de ejecución sea comparativamente sencilla y no ejerza una influencia considerable sobre el resultado4) dominar las pruebas de tal forma, que al ejecutarlas se dirija la principal atención al logro del máximo resultado, y no a tratar de ejecutar el movimiento correctamente desde el punto de vista técnico5) tener la máxima motivación para alcanzar resultados extremos en las pruebas (esta condición no se extiende a las pruebas funcionales estándares)6) contar con un sistema de evaluaciones de los logros alcanzados en las pruebas. .
  23. 23. CONDICIONES PARA QUE LA EVALUACIÓN SEA EFECTIVAPara que la aplicación de un programa de evaluación sea efectivo debencumplirse ciertas condiciones, según McDougall y Wenger, se debe: -Seleccionar las variables determinantes del rendimiento en el deporte seleccionado. La pruebas deben ser relevantes. Durante décadas se han efectuado test que no tienen relación con el rendimiento. Hemos visto efectuar pruebas repetidas de potencia aeróbica a deportistas de fuerza. O pruebas de fuerza isométrica máxima a saltadores y velocistas. -Elegir pruebas válidas o lo que es lo mismo, que mide lo esperamos medir. Muchas veces se ha utilizado el test de máximo número de flexiones de brazos para evaluar la fuerza, cuando en realidad representa una acción de resistencia a la fuerza. La validez depende de dos características, de la fiabilidad y de la relevancia de la prueba. -Comprobar que las pruebas sean fiables, es decir que los resultados pueden reproducirse al efectuar las pruebas en las mismas condiciones. La fiabilidad indica el grado de repetibilidad o consistencia de la prueba. El valor dado puede no ser concordante con el valor real de la magnitud medida, pero cada vez que se mide proporciona el mismo valor. -Las pruebas deben proporcionar resultados exactos y precisos. Entendemos por exactitud a la capacidad de aproximarse al valor verdadero de la medida, mientras que precisión se refiere al valor mínimo apreciable entre dos valores. En una regla graduada podemos tene una precisión de 1 mm mientras que en un pie de rey obtenemos 0,05 mm de precisión. -Las pruebas seleccionadas deben ser específicas para cada deporte. Si para evaluar a un corredor se utiliza una bicicleta ergométrica la información no tendrá el mismo valor que si se utiliza un tapiz rodante, o mejor, si el test
  24. 24. se efectúa en pista. Cuando los sistemas específicos resultan costosos, sepuede imitar el gesto en el medio mas apropiado.-Las pruebas deben estar perfectamente controladas y a ser posible,estandarizadas. Siempre se debe procurar que se mantengan constanteslas condiciones de las pruebas, entrenamientos previos, estado deldeportista, tipo de calentamiento, orden de aplicación, tiempo derecuperación, etc. El instrumental debe ser calibrado y probado antes.-Las pruebas deben ser repetidas a intervalos regulares. Si deben aportarinformación sobre el entrenamiento, al final de cada ciclo de entrenamientose debería efectuar una prueba específica que indique si se han cumplidolos objetivos del ciclo y proporcione propuestas sobre las característicasdel programa de entrenamiento que se va a efectuar en el ciclo siguiente.-Los resultados deben ser discutidos con los entrenadores y los deportistas.El tiempo transcurrido entre la aplicación de una prueba y la entrega de losresultados debe ser tan breve como sea posible. Hay que recordar que aveces el investigador olvida que el objetivo principal es mejorar elrendimiento del deportista.
  25. 25. CRITERIOS DE SELECCIÓN DEL MÉTODO DE EVALUACIÓNCuando se va a decidir un método de evaluación debe tenerse en cuenta unaserie de condiciones que hacen que pueda aplicarse con facilidad a todos lossujetos.Se deben tener en cuenta los factores siguientes: -Especificidad -Factibilidad -Facilidad de uso. -Transportabilidad -Inmediatez de resultados.Especificidad.Como se ha comentado el el capítulo anterior, cada prueba debe serespecífica de su deporte. El grado de especificidad se debe lograr a distintosniveles que vienen definidos por el tipo de acción muscular. Es por ello que elanálisis previo de la acción muscular sehace imprescindible antes de decidir eltipo de evaluación. Debe conocersecon anterioridad: -Grupos musculares implicados en la acción. -Tipo de acción muscular. -Parámetros biomecánicos del movimiento . Posición. .Recorrido .Velocidad .AceleraciónCuando se va a evaluar la fuerza y la potencia debe identificarseperfectamente la localización de los grupos musculares que intervienen en laacción, tanto los agonistas como los antagonistas. De des localizar en quéforma trabajan los grupos musculares, si es de forma isométrica, en ciclo de
  26. 26. estiramiento acortamiento o en cualquiera de las formas de acción muscular. Acontinuación debe determinarse el recorrido del movimiento, con susposiciones inicial y final. La dinámica de la velocidad en todo el rango demovimiento resulta fundamental a la hora de elegir una prueba específica, enmuchas ocasiones podemos comprobar que se evalúan acciones explosivasutilizando sistemas isométricos o isocinéticos a a baja velocidad.FactibilidadEn muchas ocasiones se elige en pruebas costosas y de difícil aplicación. Elevaluador debe atenerse al instrumentado disponible, en muchas ocasioneslos instrumentos más caros no son los que nos proporcionan mejoresresultados.Facilidad de uso A enlgunos sistemas son tan complejos que exigen que sean utilizados talsólo por personal especializado. En algunas ocasiones hemos observadocómo los manuales de instrucciones de ciertos instrumentos eran verdaderasenciclopedias. Cuando se usa un instrumento complicado puede ocurrir quesea un utilice mal o que no se les saqué todo el rendimiento esperado.Actualmente existen instrumentos computerizados que facilitan enormementesu uso.TransportabilidadEn las pruebas de fuerza y potencia a menudo el evaluador debe desplazarsea distintas ubicaciones. Cuando se evalúa un grupo de deportistas es másfácil que se desplace el evaluador que el equipo evaluado. Disponer de unequipo de medida ligero y transportable facilita enormemente el trabajo deevaluación. Actualmente, sistemas comocleLab incorporan todo lo necesariopara efectuar un buen análisis y caben en una maleta.Inmediatez de resultadosCuando se va a adquirir un sistema de evaluación debe también tenerse encuenta que los datos obtenidos puedan ser procesados por medio deprogramas informáticos estandar como los procesadores de textos, hojas de
  27. 27. cálculo o bases de datos. Para el deportista y el entrenador es muy importantepoder disponer de los datos de las pruebas en el momento en que sonrealizadas, durante la ejecución de las pruebas se puede ir en formando alsujeto de los resultados que va obteniendo, en tiempo real, con ello seobtiene un feed-back que motiva al deportista a esforzarse al máximo encada prueba. Al finalizar la batería de pruebas se deben entregar losresultados con el fin de ayudar al de entrenador a efectuar las modificacionesque crea convenientes en su plan de entrenamiento.
  28. 28. REGLAS ETICAS DE LA EVALUACIÓNLa aplicación de pruebas de evaluación en general, implica respetar una serie denormas de conducta por parte del evaluador. En muchos casos no se informaadecuadamente al sujeto de las pruebas a las que va a ser sometido y en algunoscasos se aplican pruebas que interesan al evaluador mas que al deportista.En algunas ocasiones se aplican pruebas suplementarias cuyo objetivo es unainvestigación que lleva a cabo el evaluador. Con el fin de que no se caiga enexcesos, el colegio americano de medicina del deporte a dictado una serie denormas en la aplicación de pruebas de evaluación. Cualquier prueba vaacompañada de un formulario de el consentimiento libre y conocimiento de causaque debe ser firmado por el deportista.Las reglas comunes que deben respetarse en toda evaluación son: - Conocer la amplitud y frecuencia de los riesgos que implica la aplicación de una prueba - Informar a a los sujetos interesados de en los objetivos y las características de las pruebas. - Evitar cualquier prueba que represente un riesgo para la salud del sujeto. - Evitar pruebas que atenten contra la dignidad del sujeto - Elegir las pruebas en función de los objetivos acordados. - Comunicar y comentar al sujeto evaluado los resultados de las pruebas. - Evitar pruebas que impliquen riesgos, tanto conocidos como desconocidos. - Preveer la aplicación de procedimientos de urgencia. - Tomar responsabilidades que vayan más allá de las exigencias legales. - Utilizar un formulario apropiado de consentimiento libre y conocimiento de causa.Los resultados de las pruebas deben ser confidenciales y estar cubiertos por elsecreto profesional.
  29. 29. CARACTERÍSTICAS CUALITATIVASCONDICIONES PARA QUE LA EVALUACIÓN SEA EFECTIVAPara que la aplicación de un programa de evaluación sea efectivo debencumplirse ciertas condiciones, según McDougall y Wenger, se debe: -Seleccionar las variables determinantes del rendimiento en el deporte seleccionado. La pruebas deben ser relevantes. Durante décadas se han efectuado test que no tienen relación con el rendimiento. Hemos visto efectuar pruebas repetidas de potencia aeróbica a deportistas de fuerza. O pruebas de fuerza isométrica máxima a saltadores y velocistas. -Elegir pruebas válidas o lo que es lo mismo, que mide lo esperamos medir. Muchas veces se ha utilizado el test de máximo número de flexiones de brazos para evaluar la fuerza, cuando en realidad representa una acción de resistencia a la fuerza. La validez depende de dos características, de la fiabilidad y de la relevancia de la prueba. Hay que diferenciar la validez interna que viene reflejada por la correlación entre el factor medido y es resultado del test. Por ejemplo en el test de 12’ de Cooper y el VO2 max en cinta rodante. La validez externa consiste en verificar si los mismos resultados se cumplen si el estudio se efectúa en condiciones diferentes. El caso anterior fue validado por Cooper con soldados, pero no es válido para predecir el VO2 max en niños o ancianos. -Comprobar que las pruebas sean fiables, es decir que los resultados pueden reproducirse al efectuar las pruebas en las mismas condiciones. La fiabilidad indica el grado de repetibilidad o consistencia de la prueba. El valor dado puede no ser concordante con el valor real de la magnitud medida, pero cada vez que se mide proporciona el mismo valor.
  30. 30. -Las pruebas deben proporcionar resultados exactos y precisos.Entendemos por exactitud a la capacidad de aproximarse al valorverdadero de la medida, mientras que precisión se refiere al valormínimo apreciable entre dos valores. En una regla graduada podemostene una precisión de 1 mm mientras que en un pie de rey obtenemos0,05 mm de precisión.-Las pruebas seleccionadas deben ser específicas para cada deporte.Si para evaluar a un corredor se utiliza una bicicleta ergométrica lainformación no tendrá el mismo valor que si se utiliza un tapiz rodante, omejor, si el test se efectúa en pista. Cuando los sistemas específicosresultan costosos, se puede imitar el gesto en el medio mas apropiado.-Las pruebas deben ser discriminantes o lo que es lo mismo, quemuestren diferencias entre indivíduos o grupos.-Deben tener un nivel de dificultad de ejecución bajo. Cuando unaprueba implica habilidades motrices complejas debe ser aprendida conanterioridad. Un test de salto vertical precisa de un aprendizaje previo.En caso de no efectuar una etapa de aprendizaje aparecen mejoras enlos resultados que no se pueden atribuir a mejoras en la fuerza, sino enla forma de ejecución.-Las pruebas deben estar perfectamente controladas y a ser posible,estandarizadas. Siempre se debe procurar que se mantenganconstantes las condiciones de las pruebas, entrenamientos previos,estado del deportista, tipo de calentamiento, orden de aplicación, tiempode recuperación, etc. El instrumental debe ser calibrado y probado antes.-Las pruebas deben ser repetidas a intervalos regulares. Si debenaportar información sobre el entrenamiento, al final de cada ciclo deentrenamiento se debería efectuar una prueba específica que indique sise han cumplido los objetivos del ciclo y proporcione propuestas sobre
  31. 31. las características del programa de entrenamiento que se va a efectuar en el ciclo siguiente. -Los resultados deben ser discutidos con los entrenadores y los deportistas. El tiempo transcurrido entre la aplicación de una prueba y la entrega de los resultados debe ser tan breve como sea posible. Hay que recordar que a veces el investigador olvida que el objetivo principal es mejorar el rendimiento del deportista.Para Léger, Cazorla y Marini, en la elección de las pruebas se debe tener encuenta: - Que en un número de individuos evaluados. - Si es una prueba individual o colectiva. - El tipo de actividad. - Los instrumentos de evaluación. - El control y el rigor. Si es un test de campo o de laboratorio. - La intensidad de en la prueba. Máxima o su máxima, activa o pasiva. - Si la prueba es directa o indirecta. - Si la prueba es o no progresiva - Las unidades de medida. - Si la prueba es auto-administrarle - Los costos humanos, materiales y financieros de su aplicación.
  32. 32. SISTEMAS DE MEDIDASe denomina sistema a la combinación de dos o más elementos, subconjuntosy partes necesarias para realizar una o varias funciones. Medición es laasignación objetiva y empírica de un número a una propiedad o cualidad de unobjeto o evento, de tal forma que la describa.Condiciones: -El resultado de la medida debe ser independiente del observador(objetiva). -Debe estar basada en la experimentación (empírica). -Debe existir una correspondencia entre las relaciones numéricas y las relaciones entre las propiedades descritas.En un sentido amplio, la realización de una medida implica, además de laadquisición de la información, realizada por un elemento sensor o transductor,también el procesamiento de dicha información y la presentación de resultados,de forma que puedan ser percibidos por nuestros sentidos. Cualquiera de estasfunciones puede ser local o remota, implicando ello, en este segundo caso, lanecesidad de transmitir la información.La d i n a m o m e t r í a (del griego dynamis, fuerza) es la parte de la técnicade medición dedicada a la medición de las fuerzas. Co el fin de determinar la
  33. 33. fuerza de los diferentes grupos musculares, desde hace mucho tiempo seemplean los dinamómetros de muelles: de mano, de espalda, etc. Estosequipos son cómodos y confiables en el trabajo, pero presentan una limitadaesfera de aplicación, son inertes y no procionan información sobre r el carácterde la variación de la fuerza en los movimientos rápidos.SISTEMA HOMBRE-INSTRUMENTO.Los componentes básicos del sistema hombre-instrumento son esencialmentelos mismos que en cualquier sistema de instrumentación. La única diferenciareal es que se tiene como sujeto de medida al ser humano vivo.El individuo.El individuo es el ser humano en el que se realizan las medidas y es elindividuo quien hace a este sistema distinto a los otros sistemas deinstrumentación.Estímulo.En muchas medidas, se necesita la respuesta a algún tipo de estímulo externo.La instrumentación empleada para generar y presentar este estímulo alindividuo es una parte vital del sistema hombre-instrumento siempre que semiden las respuestas. El estímulo puede ser visual (p. ej., un flash), acústico (p.ej., un tono), táctil (p. ej., un golpe en el tendón de Aquiles) o estimulacióneléctrica directa de alguna parte del sistema nervioso.Sensor o Transductor.El sensor o el transductor se definen como dispositivos capaces de convertiruna forma de energía o señal en otra. En el sistema hombre-instrumento, cadatransductor se emplea para producir una señal eléctrica que es una analogíadel fenómeno que se mide. El transductor puede medir temperatura, presión,flujo o cualquiera de las otras variables que se pueden encontrar en elorganismo, su salida normalmente es una señal eléctrica.
  34. 34. Diagrama de bloques - El sistema hombre-instrumento. ESTIMULO ACONDICIONAMIENTO TRATAMIENTO PROCESAMIENTO TRANSDUCTOR PRESENTACIÓN TRANSDUCTOR TRANSDUCTOR REGISTRO PROCESO TRANSMISIÓNEquipo de acondicionamiento, tratamiento y procesamiento de señal.La parte del sistema de instrumentación que amplifica, modifica o cambia dealguna otra forma la salida eléctrica del transductor, se denomina equipo deacondicionamiento de la señal. La finalidad del equipo de tratamiento de señales procesar las señales de los transductores para cumplir las funciones delsistema y preparar señales adecuadas para el funcionamiento del equipo devisualización o registro siguientes. El equipo de tratamiento de la señal seutiliza también para combinar o relacionar las salidas de dos o mástransductores. En esta fase se pueden hacer los cálculos necesarios sobre lasinformaciones obtenidas, para ello se debe disponer ya de datos numéricosque son tratados por los sistemas de cálculo del procesador.Equipo de presentación.La salida eléctrica del equipode tratamiento de señal sedebe convertir, a fin de quesea inteligible, en algo que pueda ser percibido por uno de los sentidos delhombre convirtiendo así la información obtenida con la medición en algocomprensible. La entrada del instrumento de presentación es la señal eléctricamodificada proveniente del equipo de tratamiento de la señal. Su salida esalgún tipo de información visual, acústica o tal vez táctil.
  35. 35. Equipo de registro, proceso y transmisión de datos.Frecuentemente es necesario, o por lo menos deseable, registrar lainformación medida para un posible uso posterior o para transmitirla de unpunto a otro, ya sea al otro lado del vestíbulo del hospital o a través de Internet.El equipo para estas funciones es con frecuencia una parte vital del sistemahombre-instrumento. Además, donde se necesite un almacenamiento oprocesado automático de los datos, un ordenador puede constituir la partefundamental del sistema de instrumentación. PROCESO SENSOR ACONDICIONADOR PRESENTACIÓN TRATAMIENTO TRANSMISIÓNSENSORES Y TRANSDUCTORESEl término sensor se refiere a un elemento que produce una señal relacionadacon la cantidad que se está midiendo. Por ejemplo, en el caso de un elementopara medir temperatura mediante resistencia eléctrica, la cantidad que se midees la temperatura y el sensor transforma una entrada de temperatura en uncambio en la resistencia. Un sensor es un dispositivo que, a partir de la energíadel medio donde se mide, da una señal de salida transducible que es funciónde la variable medida.Se denomina transductor a todo dispositivo que convierte una señal de unaforma física en una señal correspondiente pero de otra forma física distinta. Es,por tanto, un dispositivo que convierte un tipo de energía en otro.Con frecuencia se utiliza el término transductor en vez de sensor. Lostransductores se definen como el elemento que al someterlo a un cambio fisicoexperimenta un cambio relacionado. Es decir, los sensores son transductores.Sin embargo, en un sistema de medición se pueden utilizar transductores,además de sensores, en otras partes del sistema para convertir señales de unaforma dada en otra distinta.
  36. 36. Sensor y transductor se emplean a veces como sinónimos, pero sensor sugiereun significado más extenso: la ampliación de los sentidos para adquirir unconocimiento de cantidades físicas que, por su naturaleza o tamaño, nopueden ser percibidas directamente por los sentidos. Transductor, en cambio,sugiere que la señal de entrada y la de salida no deben ser homogéneas. Parael caso en que lo fueran se propuso el término «modificador», pero no haencontrado aceptación.Dado que hay seis tipos de señales: mecánicas, térmicas, magnéticas,eléctricas, ópticas y moleculares (químicas), cualquier dispositivo que conviertauna señal de un tipo en una señal de otro tipo debería considerarse untransductor, y la señal de salida podría ser de cualquier forma física «útil»..En la práctica se consideran transductores aquellos que ofrecen una señal desalida eléctrica. Ello se debe al interés de este tipo de señales en la mayoría deprocesos de medida. Los sistemas de medida electrónicos ofrecen, entre otras,las siguientes ventajas:1. Debido a la estructura electrónica de la materia, cualquier variación de unparámetro no eléctrico de un material viene acompañada por la variación de unparámetro eléctrico. Eligiendo el material adecuado, esto permite realizartransductores con salida eléctrica para cualquier magnitud física no eléctrica.2. Dado que en el proceso de medida no conviene extraer energía del sistemadonde se mide, lo mejor es amplificar la señal de salida del transductor. Conamplificadores electrónicos se pueden obtener fácilmente ganancias depotencia de 1010 en una sola etapa, a baja frecuencia.3. Además de la amplificación, hay una gran variedad de recursos, en forma decircuitos integrados, para acondicionar o modificar las señales eléctricas.Incluso hay transductores que incorporan físicamente en un mismoencapsulado parte de estos recursos.
  37. 37. 4. Existen también numerosos recursos para presentar o registrar informaciónsi se hace electrónicamente, pudiéndose manejar no sólo datos numéricos,sino también textos, gráficos y diagramas.5. La transmisión de señales eléctricas es más versátil que la de señalesmecánicas, hidráulicas o neumáticas, y si bien no hay que olvidar que éstaspueden ser más convenientes en determinadas circunstancias, como puedenser la presencia de radiaciones ionizantes o atmósferas explosivas, en muchoscasos estos sistemas han sido sustituidos por otros eléctricos. De hecho,mientras en industrias de proceso (química, petróleo, gas, alimentación, textil,etc.), donde se introdujeron en seguida los sistemas automáticos, seencuentran actualmente sistemas neumáticos junto a sistemas eléctricos másrecientes, en cambio en las industrias de manufacturados, donde hay una seriede procesos discontinuos y que son de automatización más reciente, apenashay sistemas neumáticos.Un sensor primario es el que convierte la variable de medida en una señal demedida, la entrada y la salida pertenecen al mismo dominio físico, siendo elsensor electrónico quien la convierte en una señal eléctrica. Un método paramedir una diferencia de presiones, por ejemplo, consiste en emplear undiafragma cuya deformación se mide mediante una galga extensométrica. Eneste caso el diafragma es el sensor primario y la galga hace la transducción.No obstante, se denomina transductor al conjunto de ambos elementos juntocon su encapsulado y conexiones.Acondicionamiento y presentaciónLos acondicionadores de señal, adaptadores o amplificadores, en sentidoamplio, son los elementos del sistema de medida que ofrecen, a partir de laseñal de salida de un sensor electrónico, una señal apta para ser presentada oregistrada o que simplemente permita un procesamiento posterior mediante unequipo o instrumento estándar. Consisten normalmente en circuitos
  38. 38. electrónicos que ofrecen, entre otras funciones, las siguientes: amplificación,filtrado, adaptación de impedancias y modulación o demodulación.Si se considera, por ejemplo, el caso en que una de las etapas de tratamientode la señal de medida es digital, si la salida del sensores analógica, que es lomás frecuente, hará falta un convertidor A/D. Éstos tienen una impedancia deentrada limitada, exigen que la señal aplicada sea continua o de frecuencia devariación lenta, y que su amplitud esté entre unos límites determinados, que nosuelen exceder de 10 V. Todas estas exigencias obligan a interponer unacondicionador de señal entre el sensor, que muchas veces ofrece señales deapenas unos milivoltios, y el convertidor A/D.La presentación de los resultados puede ser de forma analógica (óptica,acústica o táctil) o numérica (óptica). El registro puede ser magnético o sobrepapel, e incluso electrónico (memorias eléctricas), y exige siempre que lainformación de entrada esté en forma eléctrica.Interfaces, dominios de datos y conversionesEn los sistemas de medida, las funciones de transducción, acondicionamiento,procesamiento y presentación, no siempre se pueden asociar a elementosfísicos distintos. Además, la separación entre el acondicionamiento y elprocesamiento puede ser a veces difícil de definir. Pero, en general, siempre esnecesaria una acción sobre la señal del sensor antes de su utilización final.Con el término interfaz se designa, en ocasiones, el conjunto de elementos quemodifican las señales, cambiando incluso de dominio de datos, pero sin
  39. 39. cambiar su naturaleza, es decir, permaneciendo siempre en el dominioeléctrico.Se denomina dominio de datos al nombre de una magnitud mediante la que serepresenta o transmite información. El concepto de dominios de datos y el deconversiones entre dominios, es de gran interés para describir lostransductores y los circuitos electrónicos asociados En la figura se representaun diagrama con algunos de los posibles dominios, detallando en particularciertos dominios eléctricos.En el dominio analógico, la información está en la amplitud de la señal, bien setrate de carga, corriente, tensión o potencia. En el dominio temporal, lainformación no está en las amplitudes de las señales, sino en las relacionestemporales: periodo o frecuencia, anchura de pulsos, fase. En el dominiodigital, las señales tienen sólo dos niveles. La información puede estar en elnúmero de pulsos, o venir representada por palabras serie o paralelocodificadas.El dominio analógico es, en general, el más susceptible a interferenciaseléctricas. En el dominio temporal, la variabIe codificada no se puede medir, esdecir, convertir al dominio de números, de forhia continua, sino que hay que
  40. 40. esperar un ciclo o la duración de un pulso. En el dominio digital, la obtención denúmeros es inmediata.La estructura de un sistema de medida refleja, pues, las conversiones entredominios que se realizan, e influye particularmente en ella el que se trate deuna medida directa o indirecta.Una medida física es directa cuando se deduce información cuantitativa acercade un objeto físico o acción mediante comparación directa con una referencia.A veces se puede hacer simplemente de forma mecánica, como en el caso deuna balanza clásica.Las medidas indirectas se efectúan a partir del cálculos efectuados con otrasmedidas y de la aplicación de la ecuación que describe la ley que relacionadichas magnitudes. Los métodos empleados suelen ser siempre eléctricos. Esel caso, por ejemplo, de la medida de la potencia transmitida por un eje a partirde la medida del par y de la medida de su velocidad de rotación. SENSOR (TRANSDUCTOR) PARÁMETRO A MEDIR DIF.POTENCIAL INTENSIDAD FRECUENCIA DESPLAZAMIENTO PRESENTACIÓN RESULTADOS CONVERTIDOR MUESTREO ANALÓGICO/ (SAMPLING) DIGITAL VALOR NUMÉRICO PRESENTACIÓN RESULTADOS REGISTRO GRABACIÓN MEMORIA DISCO PRESENTACIÓN RESULTADOSNEMÉRICOS GRÁFICOS
  41. 41. TIPOS DE SENSORESEl número de sensores disponibles para las distintas magnitudes físicas es tanelevado que no se puede proceder racionalmente a su estudio sin clasificarlospreviamente de acuerdo con algún criterio.Según el aporte de energía, los sensores se pueden dividir en moduladores ygeneradores. En los sensores moduladores o activos, la energía de la señal desalida procede, en su mayor parte, de una fuente de energía auxiliar. Laentrada sólo controla la salida. En los sensores generadores o pasivos, encambio, la energía de salida es suministrada por la entrada.Los sensores moduladores requieren en general más hilos que losgeneradores, ya que la energía de alimentación suele suministrarse mediantehilos distintos a los empleados para la señal. Su sensibilidad se puedemodificar a través de la señal de alimentación, lo que no permiten los sensoresgeneradores. La designación de activos y pasivos se emplea en algunos textoscon significado opuesto al que se ha dado, por lo que aquí no se hará uso deella para evitar confusiones.Según la señal de salida, los sensores se clasifican en analógicos o digitales.En los analógicos la salida varía, a nivel macroscópico, de forma continua. Lainformación está en la amplitud, si bien se suelen incluir en este grupo lossensores con salida en el dominio temporal. Si es en forma de frecuencia, sedenominan, a veces, «casidigitales», por la facilidad con que se puede convertiren una salida digital.En los sensores digitales, la salida varía en forma de saltos o pasos discretos.No requieren conversión A/D y la transmisión de su salida es más fácil. Tienentambién mayor fidelidad y mayor fiabilidad, y muchas veces mayor exactitud.
  42. 42. Atendiendo al modo de funcionamiento, los sensores pueden ser de deflexión ode comparación. En los sensores que funcionan por deflexión, la magnitudmedida produce algún efecto físico, que engendra algún efecto similar, peroopuesto, en alguna parte del instrumento, y que está relacionado con algunavariable útil. Un dinamómetro para la medida de fuerzas es un sensor de estetipo en el que la fuerza aplicada deforma un muelle hasta que la fuerza derecuperación de éste, proporcional a su longitud, iguala la fuerza aplicada.En los sensores que funcionan por comparación, se intenta mantener nula ladeflexión mediante la aplicación de un efecto bien conocido, opuesto algenerado por la magnitud a medir. Hay un detector del desequilibrio y un mediopara restablecerlo. En una balanza manual, por ejemplo, la colocación de unamasa en un platillo provoca un desequilibrio, indicado por una aguja sobre unaescala. El operario coloca entonces una o varias masas en el otro platillo hastaalcanzar el equilibrio, que se juzga por la posición de la aguja.Las medidas por comparación suelen ser más exactas porque el efectoconocido opuesto se puede calibrar con un patrón o magnitud de referencia decalidad.El detector de desequilibrio sólo mide alrededor de cero y, por lo tanto, puedeser muy sensible y no necesita estar calibrado. Por contra, tienen en principiomenor respuesta dinámica y, si bien se pueden automatizar mediante unservomecanismo, no se logra normalmente una respuesta tan rápida como enlos de deflexión.Según el tipo de relación entrada-salida, los sensores pueden ser de ordencero, de primer orden, de segundo orden o de orden superior. El orden estárelacionado con el número de elementos almacenadores de energíaindependientes que incluye el sensor, y repercute en su exactitud y velocidadde respuesta.
  43. 43. Clasificaciones de los sensores. Criterio Clases EjemplosAporte de energía Moduladores Termistor Generadores TermoparSeñal de salida Analógicos Potenciómetro Digitales Codificador de posiciónModo de operación De deflexión Acelerómetro de deflexión De comparación ServoacelerámetroEn el cuadro se recogen todos estos criterios de clasificación y se danejemplos de sensores de cada clase. Cualquiera de estas clasificaciones esexhaustiva, y cada una tiene interés particular para diferentes situaciones demedida. Ahora bien, para el estudio de un gran número de sensores se sueleacudir a su clasificación de acuerdo con la magnitud medida. Se habla, enconsecuencia, de sensores de temperatura, presión, caudal, humedad,posición, velocidad, aceleración, fuerza, par, etc. Sin embargo, estaclasificación difícilmente puede ser exhaustiva ya que la cantidad demagnitudes que se pueden medir es prácticamente inagotable. Piénsese, porejemplo, en la variedad de contaminantes químicos en el aire o en el agua, oen la cantidad de proteínas diferentes que hay en el cuerpo humano y queinteresa detectar.Desde el punto de vista de la ingeniería electrónica, es más atractiva laclasificación de los sensores de acuerdo con el parámetro variable: resistencia,capacidad, inductancia, añadiendo luego los sensores generadores de tensión,carga o corriente, y otros tipos no incluidos en los anteriores grupos. Si bieneste tipo de clasificación es poco frecuente, es el elegido en este texto, puespermite reducir el número de grupos a unos pocos y se presta bien al estudiode los acondicionadores de señal asociados.
  44. 44. Sensores y métodos de detección más frecuentes. MagnitudesSensores Posición Distancia Velocidad Aceleración Fuerza Desplazamiento Vibración Potenciómetros GalgasResistivos Galgas + masa- Galgas Magnetorresis- resorte tenciasCapacitivos Condensadores Galgas diferenciales capacitivas Transformadores Ley Faraday Transformadores Magneto-elásticoInductivos y diferenciales Transformadores diferenciales + TransformadoresElectro-magnéticos Corr.Foucault diferenciales masa-resorte diferenciales + Efecto Hall Efecto Hall célula de carga Corr.FoucaultGeneradores Piezoeléctricos + Piezoeléctricos masa-resorteDigitales Encoders increm. Encoders increm. Encod.absolutosUniones p-n FotoeléctricosUltrasonidos Reflexión Efecto DopplerSENSORES UTILIZADOS EN MEDIDAS DE FUERZA Y POTENCIALos músculos del cuerpo se contraen de dos modos distintos. Si el músculo secontrae (acorta o alarga) , produciendo desplazamiento de los segmentos sedice que la contracción es anisométrica( miométrica o pliométrica). Sinembargo, si el músculo ejerce una fuerza pero el ángulo articular permanececonstante, su acción es isométrica. De modo similar, un transductor rígido quemida la fuerza sin un desplazamiento importante es fundamentalmente untransductor isométrico. un transductor de desplazamiento que es capaz demoverse a lo largo de todo su margen de variación requiriendo para ello unafuerza despreciable, es un transductor isotónico o mejor dicho anisométrico.En la medida de la fuerza y la potencia no se dispone de sensores primarios deestas variables y deben ser calculadas por los resultados de la medición deotras variables, por ejemplo:
  45. 45. - el desplazamiento, la velocidad y la aceleración están relacionadas entre sí por operaciones de diferenciación e integración. - conociendo la longitud de un segmento del cuerpo (por ejemplo, la del hueso radio) es posible, por los resultados de la medición del ángulo articular en uno de los extremos del segmento (en este caso, del ángulo de la articulación del codo), calcular la trayectoria de la articulación en el otro extremo del segmento (en este caso, en la articulación radiocarpiana). - conociendo la masa que debe desplazarse y las variables cinemáticas (D, V o A) se puede determinar la fuerza F o la potencia P. - la deformación de un objeto elástico.Habría que admitir además que la fuerza se puede determinar midiendo eldesplazamiento de un resorte lineal. De este modo la fuerza es proporcional aldesplazamiento.Se puede deducir la velocidada partir del desplazamiento.La velocidad es latasa de variación o la derivada primera de la posición o desplazamiento dD V=-------- dtSiendo:V = velocidadD = desplazamientot=tiempo.Análogamente, la aceleración A es la tasa de variación o la derivada primera dela velocidad. La aceleración es además la derivada segunda deldesplazamiento dV d2D A = -------- = --------- dt dt2
  46. 46. Las inversas de estas relaciones se pueden expresar como las integrales V =∫ A dt D = ∫ V dt = ∫ ∫ A (dt)2A partir de estas relaciones se puede observar que sí es posible medir una deestas variables (desplazamiento, velocidad o aceleración), las otras dosvariables se pueden calcular u obtener con métodos de diferenciación ointegración analógicos o digitales.Las mediciones que con mayor frecuencia se efectúan en ingeniería y deporteson: - Desplazamiento. - Proximidad. - Velocidad. - Aceleración. - Fuerza y presión. - Potencia y trabajoA partir de las premisas anteriores en las que se ha explicado como de suedencalcular los distintos parámetros mecánicos a partir de la detección de otrasseñales, se entiende que se utilizarán los sensores más sencillos y fiables en ladetección primaria. Los sensores de posición, desplazamiento y proximidadcumplen ampliamente con las condiciones anteriores.Los sensores de desplazamiento miden la magnitud que se desplaza unobjeto;Los sensores de posición determinan la posición de un objeto en relación conun punto de referencia.Los sensores de proximidad son una modalidad de sensor de posición ydeterminan en qué momento un objeto se mueve dentro de una distancia críticadel sensor. Los anteriores son dispositivos cuyas salidas son, en esencia, deltipo todo o nada (encendido o apagado).
  47. 47. Los sensores de desplazamiento y de posición se pueden clasificar en dostipos básicos: sensores de contacto, en los cuales, el objeto que se mide estáen contacto mecánico con el sensor, y sensores sin contacto, en los que no haycontacto fisico entre el objeto y el sensor. En los métodos de desplazamientolineal por contacto, en general se utiliza un eje sensor en contacto directo conel objeto que se monitorea. El desplazamiento de este eje se monitoreamediante un sensor. Su movimiento se aprovecha para provocar cambios devoltaje eléctrico, resistencia, capacitancia o inductancia mutua. En el caso delos métodos de desplazamiento angular, en los que se utiliza una conexiónmecánica mediante la rotación de un eje, la rotación del elemento transductorse activa directamente mediante engranes.En los sensores que no hay contacto se recurre a los cambios en el medio (luz,ultrasonidos, presión de un fluido, etc.) que provoca el objeto o sujeto a mediren las proximidades de dichos sensores,Transductores potenciométricos.El dispositivo más simple para medir un desplazamiento es el potenciómetrolineal o angular. Un potenciómetro es un elemento resistivo que tiene uncontacto deslizante que puede desplazarse a lo largo de dicho elemento. Éstese puede utilizar tanto en desplazamientos lineales como rotacionales; dichodesplazamiento se convierte en una diferencia de potencial. El punto en el quese va a medir el desplazamiento se une simplemente a un contacto deslizanteque se puede mover a lo largo de una trayectoria con resistencia eléctricalineal, tal como un cable o una pista de carbón o una resistencia de hilobobinado. Si se aplica una tensión entre los terminales A y B de cadadispositivo, el potencial del punto C, con respecto al punto A es proporcional ala distancia lineal o angular de A a C. Una dificultad posible en este tipo detransductor es el rozamiento del contacto sobre el alambre o resistencia. Unverdadero transductor de desplazamiento no necesitaría ninguna fuerza paramover el contacto, mientras que un transductor de fuerza necesitaría unafuerza proporcional a la cuantía del desplazamiento al mover el contactodeslizante. Donde se utilice un potenciómetro como transductor de fuerza, se
  48. 48. debe permitir que el objeto que produce la fuerza se mueva lo suficiente paraproducir un cambio adecuado en la posición del contacto.El potenciómetro rotacional está formado por una pista o canal circular condevanado de alambre o por una capa de plástico conductor; sobre la pista rotaun contacto deslizante giratorio y ésta puede ser una sola circunferencia ohelicoidal. Con un voltaje de entrada constante Vs entre las terminales 1 y 3, elvoltaje de salida V0 . entre las terminales 2 y 3 es una fracción del voltaje deentrada, la fracción que depende de la relación de resistencia R23 entre lasterminales 2 y 3 comparada con la resistencia total R13 entre las terminales 1 y3, es decir: V0 / Vs = R23 / R13Si la resistencia de la pista por unidad de longitud (por ángulo unitario) esconstante, entonces la salida es proporcional al ángulo a lo largo del cual girael deslizador. En este caso un desplazamiento angular se puede convertir enuna diferencia de potencial.
  49. 49. Un efecto que debe tomarse en cuenta en el potenciómetro, es el de la cargaque se conecta en la salida, RL. La diferencia de potencial a través de la cargaVL es directamente proporcional a Vo sólo si la resistencia de carga es infinita.Para cargas finitas, el efecto de la carga es transformar una relación linealentre voltaje de salida y ángulo en una relación no lineal.El transformador diferencial.Cuando se deban medir desplazamientos más pequeños que los que sepueden detectar adecuadamente mediante un transductor de tipopotenciométrico, se necesitan transductores de desplazamiento más sensibles.Uno de tales dispositivos es el transformador. El transformador diferencial devariación lineal también es conocido por su abreviatura TDVL (o LVDT, por sussiglas en inglés).
  50. 50. El transformador diferencial consiste fundamentalmente en un transformador con unprimario y dos secundarios. El devanado de en medio es el primario y los otros sonsecundarios idénticos conectados en serie de manera que sus salidas se oponen entresí.El transformador tiene un núcleo móvil que está unido al punto en el que se va a medirel desplazamiento. Como resultado del movimiento que se monitorea, a través del tubocentral se desplaza un núcleo magnético.Si en el devanado primario se alimenta un voltaje alterno, en los devanadossecundarios se inducirán f.e.m.s alternas. Si el núcleo magnético está en el centro, lacantidad de material magnético de los devanados secundarios es la misma. Por lotanto, las f.e.m.s inducidas en ambos devanados será la misma, y dado que estánconectados de manera que sus salidas se oponen entre sí, la salida neta obtenida escero.Cuando se excita con una fuente de corriente alterna, el primario induce tensionesiguales en los dos secundarios en tanto en cuanto el núcleo móvil esté exactamenteen el centro produciendo una salida neta de cero voltios. Sin embargo, cuando elnúcleo se desplaza desde su ubicación central en uno de los devanados habrá mayorporción del núcleo magnético que en el otro, por ejemplo, mayor cantidad en eldevanado secundario 2 que en el devanado 1. En consecuencia, en uno de losdevanados se induce una mayor f.e.m. que en el otro y de ambos se obtiene unasalida neta. Dado que a mayor desplazamiento habrá mayor porción del núcleo en undevanado que en el otro, la salida, que es la diferencia entre las dos f.e.m.s aumentaen la medida que el desplazamiento monitoreadosea mayor. De este modo, el transformadordiferencial es capaz de detectar variaciones dedesplazamiento enormemente pequeñas. Sinembargo, un problema de este tipo de transductor dedesplazamiento es que no es lineal paradesplazamientos muy grandes.Igual que el potenciómetro, el transformador diferencial es un verdadero transductor dedesplazamiento que se puede montar con baja elasticidad y de esta forma esadecuado para medidas isotónicas.
  51. 51. Transductores de galga extensométrica.Una galga extensométrica es un segmento de material conductor, tal como uncable fino o una pieza de material semiconductor que se tensa o comprimeproporcionalmente al desplazamiento. Cuando se tensa, el cable u otrodispositivo se alarga y, al mismo tiempo, se reduce el área de su seccióntransversal, aumentando de esta forma su resistencia eléctrica. Análogamente,cuando la galga se comprime, la resistencia disminuye. Dado que se necesitauna fuerza para tensar o comprimir el dispositivo, la galga extensométrica esfundamentalmente un transductor de fuerza (isométrico).Como ejemplo de dispositivo para medir el desplazamiento se coloca una galgaextensométrica a cada lado de un elemento flexible, tal como un segmento deun metal elástico. Las galgas extensométricas se pegan al elemento de modoque cuando éste se doble una de las galgas se tensa y la otra se comprime,ambas proporcionalmente a la cuantía de la curvatura. Sí se fija un extremo delbrazo flexible en un punto de referencia (en voladizo) y se une el otro extremoal punto cuyo desplazamiento se va a medir, el brazo se curvará debido aldesplazamiento y variarán por lo tanto las resistencias de las dos galgas. Dadoque el brazo flexible actúa como un muelle, la fuerza necesaria para producir eldesplazamiento medido es proporcional a dicho desplazamiento. Si se deseamedir el desplazamiento, el elemento se construye extremadamente flexible demodo que la fuerza necesaria para curvarlo sea despreciable comparada con laenergía que produce el desplazamiento,. Por contra, si se va a medir la fuerza,
  52. 52. el brazo se construye rígido de modo que el movimiento sea despreciable y elpequeño desplazamiento sea proporcional a la fuerza aplicada.La sensibilidad de una galga extensométrica viene determinada por el factor desensibilidad, este término denota el porcentaje de cambio de resistencia porcambio unitario de longitud. Así pues, el factor de sensibilidad se puedeexpresar como: ∆R/R G = --------- ∆ L/ Lsiendo∆R/R = la proporción de cambio de resistencia∆L/L = la proporción de cambio de longitud correspondiente.Configuración de una galga extensométrica con soporte típica.El factor de sensibilidad medio para los metales es de alrededor de 2, mientrasque para el silicio (un material semiconductor) es de alrededor de 120. Paraaumentar la sensibilidad generalmente se tensan o comprimen variossegmentos de cable y se conectan en serie, para formar una galgaextensométrica de hilo típica.Las galgas extensométricas de hilo son de dos tipos fundamentales: consoporte y sin soporte. En la galga extensométrica con soporte, el hilo se montarsobre una lámina delgada de plástico o papel que se pega al material al que seaplica el esfuerzo. Este es el tipo de galga extensométrica la fuerza de la propiagalga no es significativa debido a que el material al que está pegada la galgasoporta de hecho la carga aplicada
  53. 53. En las galgas extensométricas sin soporte, los hilos de la galga se devanan bajo tensión entre pivotes aislantes. En ésta hay cuatro galgas sin soporte unidas a dos elementos por lo demás aislados, denominados armadura y marco., Se disponen topes mecánicos para evitar queuna sobrecarga rompa los hilos. Cuando no se aplica ninguna fuerza, los hilosse encuentran tensados y la armadura centrada en el marco. Al aplicar unafuerza, aumenta la tensión de dos de las galgas, mientras que la tensión en lasotras dos disminuye.Transductor de galga extensométrica sin soporte. (Tomado de D. Bartholomew,Electrical Measurement and Instruments. Allyn & Bacon, Inc., Boston, Mass.).
  54. 54. Algunas galgas modernas se fabrican, en vez de con alambre, con una laminillametálica sobre un sustrato material mediante un proceso de grabado semejanteal que se utiliza en la fabricación de circuitos impresos. Estas galgas impresastienen características similares a las galgas extensométricas de alambre consoporte.Una galga extensométrica de semiconductor fabricada con silicio tiene un factorde sensibilidad unas 60 veces mayor que las metálicas. Esto significa que congalgas extensométricas de silicio se pueden utilizar transductores mucho máspequefíos para realizar medidas de fuerza y desplazamiento. Esta mayorsensibilidad permite además hacer galgas más rígidas con respuestas de hasta2.000 Hz. La principal desventaja de este tipo de galgas es la variación de laresistencia del silicio con la temperatura. Esta variación se puede compensarparcialmente teniendo al menos dos galgas extensométricas en ramasdiferentes de un puente, técnica empleada también con galgas de hilo y de hojametálica por la misma razón. Otra desventaja parece ser una tendencia de losmateriales semiconductores a ser más frágiles que las galgas extensométricasde hilo.
  55. 55. Las galgas extensométricas se conectan generalmente en una o más ramas deun circuito puente, amplificando y registrando la salida del puente. Cuando seutilizan dos o cuatro galgas extensométricas para realizar una sola medida, secolocan en ramas diferentes del mismo puente. Esta disposición no sóloaumenta la sensibilidad sino que además proporciona una compensación detemperatura. Las galgas extensométricas de mercurio son mucho másadaptables que las galgas metálicas o de semiconductor y de este modo sonmuy útiles en ciertas aplicaciones fisiológicas, tales como los cambios dediámetro en un músculo. Debido a su bajísima resistencia (de uno a pocosohmios), las galgas extensométricas de mercurio requieren circuitos especialespara que se las pueda utilizar. El efecto de los cambios de temperatura, inclusoen los cables de entrada, puede llegar a ser un problema.Se puede substituir el mercurio por un electrólito. Estas galgas presentan unmargen de resistencia más adecuado y son muy baratas, pero son escasasdebido a la dificultad de calibrarlas y conservarlas.Otro dispositivo relacionado con éstos es la «resistencia de goma» que estáfabricada con un elastómero conductor. Al tensar la goma, cambia laresistencia de una forma similar al mercurio en la galga extensométrica demercurio.
  56. 56. El deformímetro de resistencia eléctrica es un alambre metálico, una cinta depapel metálico o una tira de material semiconductor en forma de oblea que seadhiere a la superficie como si fuese una estampilla postal.Un tipo de sensores de desplazamiento utiliza deformímetros unidos aelementos flexibles en forma de viga voladiza, anillos . Cuando el elementoflexible se dobla o se deforma debido a las fuerzas que se le aplican en unpunto de contacto que se desplaza, los deformímetros de resistencia eléctricamontados en el elemento se someten a un esfuerzo y producen un cambio enla resistencia, el cual es posible monitorear. Este cambio es una medida: deldesplazamiento o deformación del elemento flexible. Estos elementos seutilizan por lo general en desplazamientos lineales del orden de 1 mm a 30 mmy su error por no-linealidad es de más o menos 1% de su rango total.Un peso unido a la armadura de una galga extensométrica sin soporte sirve deacelerómetro.
  57. 57. ACCIÓN COMENTARIO PICO DE ACELERACIÓN (g) CABEZA CADERA TIBIA ESQUÍ NIEVE POLVO 10 m/s 1 2 4a6 NIEVE COMPACTA 10 mJs 2 3 30 a 60 NIEVE COMPACTA 15 m/s 60 a 120 NIEVE COMPACTA 15 m/s 100 a 200 MARCHA 1 1 2a5 CARRERA TALÓN-PUNTA asfalto 1a3 2a4 5 a 17 TALÓN-PUNTA hierba 1a3 2a4 5 a 10 PUNTA asfalto 1a3 2a4 5 a 12 GIMNASIA CAIDA DESDE 1,5m sobre colch. 7 cm 3a7 8 a 14 25 a 35 CAIDA DESDE 1,5m sobre colch.40cm 2 5 8Pico de aceleración basado en datos de Nigg et al., 1974; Unold, 1974; Voloshin andWosk, 1982; Lafortune and HennigSensores piezoeléctricosCiertas sustancias tienen la propiedad de que cuando se deforman físicamente,producen una carga eléctrica proporcional a la deformación. Esta propiedad,denominada efecto piezoeléctrico,, se encuentra de forma natural en la sal derochelle, cuarzo, ácido fosfórico y se puede inducir mediante tratamiento en eltitanato de bario.Cuando un material piezoeléctrico se estira o comprime genera cargaseléctricas; una de sus caras se carga en forma positiva y la cara opuesta secarga en forma negativa. En consecuencia, se produce una diferencia depotencial. La carga neta q en una superficie es proporcional a la cantidad x que
  58. 58. las cargas hayan sido desplazadas y, dado que el desplazamiento esproporcional a la fuerza aplicada F: q = kx = SFdondek es una constanteS una constante denominada sensibilidad de carga.Esta depende del material y de la orientación de sus cristales. El cuarzo tieneuna sensibilidad de carga de 2.2 pC/N si el cristal se corta en determinadadirección y las fuerzas se aplican en una dirección específica; el titanato debario tiene una sensibilidad de carga del orden de 130 pC/N mucho mayor quela anterior, y la de titanato-zirconato de plomo es de unos 265 pC/N.El voltaje es proporcional a la presión aplicada. La sensibilidad de voltaje delcuarzo es del orden de 0.055 V/m Pa y la del titanato de bario es de unos 0.011 V/m Pa.Cuando se aplican contactos a las caras del material piezoeléctrico se puedeobtener una señal eléctrica. El elemento piezoeléctrico es eléctricamenteequivalente a un generador de tensión, proporcionando una tensiónproporcional a la fuerza aplicada, conectado en serie con un condensador.
  59. 59. La salida es una tensión que se puede amplificar directamente y visualizar oregistrar. Cuando se conecta el elemento piezoeléctrico a un amplificador conuna impedancia de entrada moderadamente alta, que es el caso másfrecuente, la tensión en la entrada de este amplificador es proporcional a lafuerza aplicada o a la deformación del elemento inmediatamente después deque hayan cambiado la fuerza o la deformación.Los elementos piezoeléctricos se encuentran con mayor frecuencia en micró-fonos u otros transductores que miden el sonido o algún tipo de presión o vibra-ción, tales como el movimiento del corazón contra las paredes del pecho o eltemblor.Entre las características importantes de los transductores de cristalpiezoeléctrico se incluyen la sensibilidad (tensión de salida para un cambio deesfuerzo dado) y la respuesta frecuencial.Los sensores piezoeléctricos se usan para medir presión, fuerza y aceleración.Sin embargo, las aplicaciones deben ser tales que la carga producida por lapresión no tenga mucho tiempo para su descarga espontánea o fuga y, por lotanto, en general se les utiliza para medir presiones transitorias en vez depresiones permanentes.Elemento capacitivoSi se conecta una placa de un condensador al punto cuyo desplazamiento omovimiento se va a medir y se fija la otra placa como referencia, cualquiercambio en la posición relativa de las dos placas (distancia entre placas) serefleja en una variación de capacidad.
  60. 60. Se puede medir el valor absoluto de la capacidad en un puente decondensadores o bien conectar el condensador a una inductancia para formarun circuito sintonizado. Cuando se excita con una tensión alterna justo a lafrecuencia de resonancia, el circuito sintonizado presenta una impedanciaproporcional a la capacidad del condensador, que a su vez refleja eldesplazamiento. Si en vez de ello, se incorpora el circuito sintonizado en unoscilador, se puede obtener una señal de frecuencia modulada demodulablemediante un discriminador de FM. Situando la placa móvil entre dos placasfijas, se forman dos condensadores, de tal forma que al desplazarse la placamóvil hacia una placa fija, aumenta la capacidad de este condensador,alejándose al mismo tiempo la otra, reduciendo por consiguientela capacidaddel segundo condensador. De este modo se forma un transductor capacitivodiferenciaL.Sensores de proximidad por corrientes de FoucaultCuando a un devanado se aplica una corriente alterna se crea un campomagnético alterno. Si próximo a este campo se encuentraun objeto metálico, enél se inducen corrientes de Foucault o parásitas. Estas corrientes parásitas, asu vez, producen un campo magnético que distorsiona el campo magnético quelo origina. En onsecuencia, la impedancia del devanado, así como la amplitudde la corriente altema se modifica. Cuando se alcanza cierto nivelpredeterminado, este cambio en la corriente puede activar un interruptor. Estetipo de sensor no puede detectar la presencia de materiales no magnéticospero sí conductores y ofrece la ventaja de ser más o menos barato, dedimensiones pequeñas, muy confiable y sensible a pequefíos desplazamientos.

×