Evaluación

MÁSTER
PROFESIONAL
EN ALTO
RENDIMIENTO
DEPORTES DE EQUIPO

MÁSTER PROFESIONAL EN ALTO RENDIMIENTO EN DEPORTES DE EQUIPO 1

SEGUNDO CURSO
A2. ÁREA DE PLANIFICACIÓN y
CONTROL DEL
ENTRENAMIENTO

MÓDULO

EVALUACIÓN EN LOS DEPORTES
COLECTIVOS

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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

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INTRODUCCIÓN A LA EVALUACIÓN

El Diccionario de las ciencias de la educación define la evaluación como: "la
actividad sistemática y contínua, integrada en el proceso de entrenamiento, que
tiene por objetivo proporcionar la máxima información para mejorar este
proceso, 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 intervencion
como entrenadores.

La evaluación de los procesos que intervienen en el rendimiento en deportes
de equipo es tan complejos que implica el control de un gran número de
factores y variables. Hasta finales del siglo XX hablar de evaluación en el
mundo de la actividad física y del deporte era hablar de test relacionados con
la resistencia. El estudio la potencia aeróbica máxima ( VO2 máx.) de un
individuo, y la capacidad funcional de su sistema cardio-circulatorio (
cicloergómetro, cinta sin fin, Harvard step-test, Cooper test, etc. ). se ha
considerado hasta ahora como el único método para medir de las capacidades
de rendimiento del organismo del deportista

Sólo éste tipo de test disponía de un soporte científico y tecnológico que lo
hacía válido y fiable y se practicaban principalmente en los grandes centros de
investigación deportiva, en el campo clínico y de la rehabilitación. Pero las
necesidades del mundo del deporte iba en la mayoría de los casos en otra
dirección, se observa que el metabolismo a aeróbico, a pesar de su
importancia, no es determinante en cuanto al rendimiento en numerosas
especialidades deportivas que l están mas ligadas a las capacidades
neuromusculares y al metabolismo anaeróbico.
Las primeras formas de evaluación que se aplicaron a la actividad física y al
deporte se centraron en las medidas antropométricas, uno de los pioneros fue
Hitchcock del Amherst College que estuvo recogiendo datos entre los años
1861 y 1880 y publicados en 1893. La inclusión de los test de fuerza,
probablemente fue iniciada en 1880 por Sargent. En 1896, Kellog describió un
dinamómetro universal con el que se hace posible una valoración más

cuidadosa de la actividad muscular. En 1921 Sargent pública un artículo
titulado ”The Physical Test of Man” en el que se describe su famoso test de
salto , vertical, uno de los primeros test de potencia muscular. Rogers
presenta su batería de test en 1927, y que es utilizado como referencia de las
habilidades atléticas. Mc Curdy pública sus modificaciones a los test
anteriores en 1933, eliminando los elementos de resistencia incluidos en los
citados test. Con posterioridad fueron mejorados por Mc Cloy (1939) al
incorporar 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 pueden
atribuir al desarrollo de materiales, equipos y técnicas. La gran desarrollo de
la industria electrónica y , sobre todo, la aparición de los ordenadores
personales ha hecho posible la gran revolución de los instrumentos de
evaluación.
La valoración de la fuerza muscular, potencia, rango de movimiento,
flexibilidad y stiffness va ganando importancia en los distintas disciplinas
relacionadas con la actividad física y el deporte tanto en la búsqueda del
rendimiento, como en la selección de talentos, rehabilitación etc.
En la mayoría de los deportes, especialmente en los deportes de equipo, se
encuentra una baja o ninguna correlación entre la resistencia aeróbica y el
resultado deportivo. Según Bosco, poniendo el ejemplo del futbol, las
cualidades fisiológicas fundamentales que debe poseer un jugador deben
identificarse, en primer lugar, con las capacidades neuromusculares y, a
continuación,con los sistemas bioenergéticos señalados para suministrar
energía bioquímica, que se transforma en trabajo mecánico en los músculos.
Tal como se ha descrito, la bibliografía internacional demuestra de forma clara
e incuestionable que el futbolista no posee una potencia aeróbica demasiado
elevada. Los valores determinados en jugadores europeos y americanos no
superan los niveles de 60 -65 ml/min/kg ( Bosco 1985 ).

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 los
pies juntos registrado en deportistas que practican distintas disciplinas deportivas (Bosco,
1990).

Esto indica que el consumo máximo de oxígeno no es un factor condicionante
del rendimiento del futbolista. Por el contrario, las capacidades
neuromusculares y la coordinación motora desempeñan un papel muy
importante para poder destacar en todos los juegos de equipo. En la práctica
todas estas cualidades se manifiestan bajo forma de respuestas espacio-
temporales durante la ejecución de acciones y movimientos que el jugador
efectúa en las confrontaciones con balón, los compañeros de equipo y los
adversarios.La habilidad para acelerar cuerpos externos como balones,
artefactos o implementos, así como para generar fuerzas reacción al suelo que
permiten efectuar cambios de velocidades o dirección está altamente
correlacionada con las condiciones neuromusculares del deportista.
Estudios finalizados en los últimos 50 años han demostrado la enorme
importancia que tiene el entrenamiento de fuerza, potencia y velocidad en el
rendimiento de la mayoría de los deportes, que se por ello que la
monitorización de la fuerza y la potencia se ha convertido en una ayuda
importantísima en los programas de entrenamiento de fuerza. Actualmente los
programas de entrenamiento con sobre cargas están siendo utilizados por un
segmento importante de la población desde jóvenes personas ancianas, con

el los objetivos más diversos. La correcta prescripción de los ejercicios obliga a
una evaluación continua de las capacidades de fuerza con el objetivo de la
tarde 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 velocidad
de natación en 25 m. El entrenamiento se llevó a cabo en un aparato especifico al deporte. El
aumento de potencia del 19 % medido en el aparato de entrenamiento fue asociado con el
aumento del 4 % de la velocidad de natación. Basado en Sharp, Troup y Costill (1982).

Al referirnos a las capacidades neuro-musculares, debemos hablar de sus
manifestaciones especialmente en sus manifestaciones mecánicas, fuerza,
trabajo, potencia, y velocidad, pero teniendo en cuenta que la medición de
dichas manifestaciones debe proporcionar información sobre los procesos
implicados.

La importancia de la fuerza y la potencia es mucho mayor en los deportes que
implican una habilidad cerrada como atletismo, alterofilia, natación o remo. En

los deportes que implican distintos patrones de habilidad abiertos, por ejemplo
influidos por tácticas, acciones de oponentes o situaciones de incertidumbre,
el proceso de evaluación suele complicarse. Se puede simplificar el proceso
correlacionando las pruebas con habilidades aisladas y mesurables como la
velocidad de lanzamiento del balón.

La evaluación es un proceso ue asume una importancia enorme en tanto es un
dispositivo de información objetiva para el entrenador. Su programación se
desarrolla paralelo al entrenamiento, y por ello se presenta como un todo que
puede llegara formar parte del mismo entrenamiento., para ello se siguen las
etapas 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).

DEFINICIONES

METROLOGÍA

Según Zatsiorski, la metrología es la ciencia que estudia la estandarización y la exactitud en
las mediciones. Como disciplina científica, la metrología deportiva representa una parte de la
metrología general cuyo objetivo específico es el control y las mediciones en el deporte. En
particular, 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 métodos
que permiten medir diversos indicadores de naturaleza no fisica (psicológicos, biológicos,
sociológicos, pedagógicos y otros). Actualmente, algunos investigadores proponen la inclusión de
escalas 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 nominada
patrón nos indica las veces que la unidad patrón está incluida en la magnitud a medir. También
podemos decir que es la correspondencia que se establece en entre un fenómeno y su expresión
numérica. medir es establecer relaciones utilizando números con palabras. En del deporte se
expresa en forma numérica indicadores de cualidad, como en gimnasia artística o el patinaje.

Escalas de medición

Escalas Operaciones Procedimientos matemáticos
básicas permisibles Ejemplos

De 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

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 correlación

De relaciones Establecimiento El coeficiente de va- La longitud, la fuerza,
de la igualdad riación el peso, la velocidad,
de las relaciones La media geométrico etcétera

Denominamos prueba a toda medición encaminada a determinar el estado en que se encuentra
en deportista en momento dado. La prueba o test es El conjunto de acciones que incluye una
o varias mediciones, que se efectúan cuando la ha complejidad del objeto al medir hace su
medida difícilmente accesible.
Una misma prueba debe dar resultados coincidentes cuando se efectúa en igualdad de
condiciones.
Según Zatsioirski, no todas las mediciones pueden ser utilizadas como pruebas, sino solamente
aquellas 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 sólidas
o auténticas (del griego authentikós, de manera fidedigna).
El proceso de experimentación se denomina aplicación de pruebas, y el valor numérico obtenido
como consecuencia de la medición se denomina resultado de la aplicación de las pruebas (o
resultado de la prueba).
Las pruebas que tienen como base tareas motoras se denominan motoras. Sus resultados
pueden ser o resultados motores (tiempo de recorrido de la distancia, cantidad de repeticiones, la
distancia recorrida, etc.), o indicadores fisiológicos y bioquímicos.
A veces se utiliza no una prueba, sino varias pruebas que tienen un mismo objetivo final (por
ejemplo, la evaluación del estado del deportista en el período competitivo del entrenamiento).
Este grupo de pruebas se denomina complejo de pruebas.

Tipos de pruebas motoras

Denominación de Tarea del deportista Resultado de la Ejemplo
la prueba prueba

Ejercicios Mostrar el re- Logros motores Carrera de 1500 m,
de control sultado máximo tiempo de la carrera

Pruebas fun- Se dosifica igual-
cionales es- mente para todos
tándar
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
lógicos

Pruebas fun- Mostrar el resul- Indicadores fisio- Determinación de
cionales tado máximo lógicos bioquímicos la "deuda" máxima
de oxígeno o del
consumo máximo
de oxígeno

Llamamos evaluación a la cualificación por parte de un experto de la información obtenida en
una o varias pruebas. Es la medida unificada del éxito o fracaso en una tarea determinada, en
este 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

Magnitudes y unidades de medida
Las magnitudes son los indicadores numéricos de algún proceso físico.
Las magnitudes que se definen sólo por un número se denominan escalares, un ejemplo es la
masa, el tiempo o el número de zancadas en una carrera. Pero existen magnitudes que precisan
de mayor información para ser definidas, son las denominadas vectoriales, para definirlas
debemos 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 tanto
deben estar definidas por los parámetros descritos anteriormente
Con el fin de poder comparar distintas mediciones estas deben ser expresadas con las mismas
unidades. El primer sistema de unidades fue el sistema métrico decimal nacido a raíz de la
revolución 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 e
intensidad de la luz.

Unidades básicas del SI

Magnitud Símbolo Unidad Símbolo internacional

Longitud L metro m
Masa M kilogramo kg
Tiempo T segundo s
Intensidad de la cor.electr. I ampere A
Temperatura 0 Kelvin K
Cantidad de sustancia N mol mol
Intensidad de la luz J candela cd

Los patrones de medida pueden ser fundamentales o primarios como el tiempo, el espacio y la
masa que no dependen de otro patrón, o bien derivados o secundarios, que provienen de la
combinación de otros patronas como en el caso de la velocidad, aceleración o fuerza. Los
patrones se han decidido por convenio y se han estandarizado.

A menudo se utilizan prefijos que indican distintos factores de las unidades, un kilogramo indica
mil 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 micro

PRINCIPIOS FUNDAMENTALES

Newton (1642-1727) formuló los principios fundamentales de la mecánica, fueron adaptados y
modificados posteriormente por D’Alembert, Lagrange y Hamilton. Su definición ha sido
plenamente válida hasta la formulación por Einstein de su teoría de la relatividad en 1907. Los
principios newtonianos siguen siendo la base de algunas disciplinas como la ingeniería o la
biomecánica.
Los conceptos básicos mas utilizados en mecánica son
Espacio, Tiempo, Masa, como magnitudes fundamentales y Velocidad, Aceleración, Fuerza,
Presión, Torque, Trabajo,Energía, Potencia, Impulso y Cantidad de Movimiento como magnitudes
derivadas de las anteriores.
El concepto de espacio se asocia a la noción de posición de un punto. La posición se
puede definir por las tres longitudes medidas desde cierto punto de referencia u origen en tres
direcciones dadas. Estas longitudes se llaman coordenadas del punto P.
Pero cuando se habla de espacio en biomecánica además de la idea de posición exista otra
definición 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 de
juego es un espacio bi o tri-dimensional definido por unas coordenadas la situación en un instante
dado 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 una
carga levantada ó bien la altura de un salto.

Denominamos trayectoria a la variación de la posición de un móvil en el espacio, como línea que
une las distintas posiciones que ha ocupado un punto. La trayectoria puede ser rectilínea cuando
sigue una línea recta como en el caso de un nadador de velocidad. en el levantamiento de pesas
la trayectoria de la barra tiene una importancia fundamental.

Pero hablar de movimiento implica referirse a posición y a tiempo. Este, en mecánica siempre se
asocia a cambio y movimiento. En deporte tiempo es sinónimo de duración de una acción y
podemos hablar de tiempo parcial como duración de una fase dentro de un gesto deportivo, por
ejemplo 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 pretende
hacer un estudio del movimiento de un cuerpo se crean unas premisas que definen unas
condiciones ideales que no se corresponden con la realidad pero que facilitan el trabajo de
análisis, así se habla de masa puntual y se hace que la extensión del cuerpo se reduzca a un
punto 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 como
aquel punto en el que la resultante de todas las fuerzas aplicadas al cuerpo tiene su origen en el y
se 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 nos
estamos 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 para
hallar fuerzas resultantes en movimientos deportivos, las posiciones todos y cada uno de los
segmentos corporales define la posición del CDG por lo que este varía de posición en función de
los segmentos corporales pudiendo llegar a estar situado fuera del cuerpo
La velocidad se define como la relación entre el espacio recorrido y el tiempo en recorrerlo o la
variación del espacio con respecto al tiempo.

Distancia recorrida
Velocidad media = -----------------------------
Tiempo transcurrido

En el ámbito de la actividad física se pueden definir distintas variantes de la velocidad, así pues
se puede hablar de velocidad media cuando se relaciona una distancia conocida con el tiempo en
recorrerla como en el caso del corredor de 100 m. lisos que ha hecho un tiempo de 10”, la
velocidad media ha sido de 10 m/s. En este caso la velocidad del atleta ha ido variando a lo largo
de toda la carrera, pero su velocidad promedio es 10 m/s.

Cuando se hace un registro continuo de la velocidad a lo largo de todo el recorrido se pude hallar
la 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 la
velocidad a lo largo de todo el recorrido, existe un espacio que ha sido recorrido en el menor
tiempo. El sprinter citado anteriormente puede alcanzar una velocidad máxima próxima a los 12
m/s.
Al hacer un registro continuo de la velocidad se habla de velocidad inicial como la que tiene el
sujeto en el momento de iniciar la medición. En el caso del sprinter la velocidad inicial es de 0
m/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, pues
debe 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 definir
como la variación de la velocidad con respecto al tiempo. Cuando un sprinter parte de los tacos a
0 m/s y alcanza una velocidad de 10 m/s al cavo de 5 segundos, el aumento de velocidad ha sido
de 2 m/s cada segundo o lo que es lo mismo, la aceleración ha sido de 2 metros por segundo al
cuadrado (m s-2).

De todos es conocida la anécdota de la manzana de Newton, pero con anterioridad, Galileo
observó y experimentó con la caída de los objetos, los cuerpos que caen están sometidos a una
aceleración que se atribuye a la atracción gravitatoria de la Tierra, si se suponen unas
condiciones ideales en las que la resistencia del aire es despreciable, o en el vacío, se puede
observar que la aceleración de la gravedad es igual para todos los objetos que caen
independientemente de su tamaño y composición, y que dicha aceleración es constante y no
cambia durante la caída del objeto. La aceleración de la gravedad cerca de la superficie terrestre
es 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 gravedad
que se expresa sobre los cuerpos con una aceleración 9,8 m s-2
En el ámbito de la actividad física y del deporte se confunde a menudo el significado de las
palabras fuerza y potencia asignando a la primera la idea de movimiento de grandes cargas a
baja velocidad y a la segunda se le asocia el movimiento efectuado a alta velocidad. Tanto si
se trabaja con cargas elevadas o ligeras y con velocidades altas o bajas en todo caso siempre
existe una fuerza y una potencia. Por todo lo anterior vale la pena aclarar los conceptos físicos
de fuerza y potencia.

La fuerza ya ha sido definida anteriormente pero recordaremos que es la acción que produce
cambios en estado de reposo o movimiento de un cuerpo o bien que produce deformaciones. Su
formulación es

F= M x a (N)

Por lo tanto para conocer la fuerza a la que está sometido un cuerpo debemos conocer su
masa y la aceleración que adquiere.
Debemos recordar que no se debe confundir masa con peso, siendo este la fuerza con que la
gravedad atraer cualquier masa.
La fuerza de atracción de la gravedad sobre los cuerpos sometidos a ella hace que estos caigan
con una aceleración 9,8 m/s2

Medición de la presión aplicada sobre el pedal de freno de un automobil

Cuando 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 su
unidad es el Watt

P (W)= W (J) / t (s)

P=W / t = F x s / t => P = F x v

Al intervenir la fuerza y la velocidad, la potencia se convierte en el
mejor indicador de las capacidades mecánicas de un sistema motriz.

Cuando adquirimos un vehículo lo primero que preguntamos es ¿cuál es su potencia?. No se
pregunta por su fuerza o por otras características mecánicas. Que en vehículos de competición
a menudo se le proporciona el dato de la capacidad de aceleración, a si podemos leer que un
cierto 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 eje
se produce un movimiento de rotación con respecto a este eje. Existe una equivalencia entre los
movimientos rectilíceos y los movimientos circulares. Llamamos torque al producto de la
componente perpendicular a la un radio de giro en el punto de aplicación de la fuerza por su
distancia 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 )

La fuerza puede valorarse de dos formas, cualitativa, a partir de una observación sin necesidad
de instrumental, o de forma cuantitativa, mediante el uso de diversas metodologías de registro y
valoración.
En la valoración cualitativa se observa y se define:
-articulaciónes y segmentos implicados
-músculos y grupos musculares que intervienen
-tipo de contracción
-forma de ejecución

La valoración cuantitativa precisa de instrumentos mas o menos sofisticados que miden las
variables 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 sujeto

INDICADORES
En 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 los
principios físicos sobre los que se basan ya que la evaluación se hace normalmente a partir de
mediciones indirectas a partir de las cuales se obtienen los datos deseados. La medición de la
fuerza y la potencia pueden hacerse a partir del conocimiento de:
-Masa
-Aceleración
-Deformación

CONVERSIÓN DE UNIDADES

Desplazamiento lineal
1 m = 3,28084 ft
1 m = 39,37 in (pulgadas)
1 ft = 0,3048 m
1 in = 0,0254 m

Desplazamiento angular
1 rad = 57,29578º
lº = 0,017453 rad

Velocidad lineal
1 m/s = 3,6101 Km/h
1 Km/h = 0,2777 m/s
1 m/s = 3,28084 ft/s
1 m/s = 2,236936 mph
1 ft/s = 0,3048 m/s
1 mph = 0,44704 m/s

Velocidad angular
1 rad/s = 57,29578º/s
1 rad/s = 9,549297 rpm
1º/s = 0,017453 rad/s
1 rpm = 0,10472 rad/s
1º/s = 0,166667 rpm
1 rpm = 6º/s

Masa
1 kg = 2,204784 lb
1 lb = 0,45359237 kg

Peso
1 N = 0,101972 kp
1 N = 0,101972 kg
1 N = 0,224809 lb
1 kp = 9,80665 N
1 kg = 9,80665 N
1 lb = 4,448222 N

Fuerza
1 N = 0,1020 kp (kilopondios)
1 N = 0,2248 lb (libras)
1 N = 0,1020 kgf (kilogramo -fuerza)
1 kp = 9,80665 N
1 lb = 4,448222 N
1 kgf = 9,80665

Torque
1 N.m = 0,737562 ft-Ib (pies libras)
1 N·m = 0,101972 kg·m
1 N·m = 0,101972 kp.m
1 ft·Ib = 1,355818 N·m
1 kg·m = 9,80665 N·m
1 kp·m = 9,80665 N·m

Trabajo
1 kJ = 0,238846 kcal
1 J = 0,737562 ft·Ib
1 kcal = 4,1868 kJ
1 ft·b = 1,355818 J

Potencia
1 W = 0,00134 cv
1 W = 6,12 kp.m/ min
1 W = 0,01433 kcal/min
1 W = 0,06 kJ/ min
1 cv = 746 W
1 kp·m/min = 0,163399 W
1 kcal·min = 69,784 W

OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES DE LA EVALUACIÓN

Para McDougall, el programa de evaluación se convierte en un proceso educativo
para el deportista en tanto adquiere una mayor información sobre él mismo y
sobre el deporte que practica. La interpretación de los resultados resulta de gran
utilidad al deportista y al entrenador al incrementar el nivel de información sobre
los factores fisiológicos del deporte y del deportista.
Dentro del proceso de evaluación se pueden encontrar dos etapas, una etapa
previa 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 parte
práctica de la evaluación. Podemos definir actuaciones que nos permitan efectuar
un diagnóstico a partir del cual se presecribe un tratamiento. Normalmente la
primera 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.

-Fijar objetivos accesibles en las siguientes evaluaciones.
-Predecir resultados deportivos.
-Motivar.

De loa anterior se puede determinar
Los 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 la
preparacion física de los deportistas. 1989. Metrología deportiva. Planeta. Moscu

REQUERIMIENTOS GENERALES DEL CONTROL
El control del nivel de la preparación fisica incluye la medición del nivel de
desarrollo de las cualidades de velocidad y fuerza, de la resistencia, la agilidad, la
flexibilidad, el equilibrio, etc. Son posibles tres variantes principales en la
aplicación de las pruebas:
I) la evaluación integral del nivel de la preparación fisica empleando un
amplio círculo de variadas pruebas
2) la evaluación del nivel de desarrollo de una cualidad determinada ( ej. la resistencia en
los 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 es
necesario previamente:
1) determinar el objetivo que se persigue al aplicar las pruebas;
2) garantizar la normalización de los procedimientos de medición;

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 resultado
4) 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 técnico
5) 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.

.

CONDICIONES PARA QUE LA EVALUACIÓN SEA EFECTIVA
Para que la aplicación de un programa de evaluación sea efectivo deben
cumplirse 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

se efectúa en pista. Cuando los sistemas específicos resultan costosos, se
puede 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 constantes
las condiciones de las pruebas, entrenamientos previos, estado del
deportista, tipo de calentamiento, orden de aplicación, tiempo de
recuperación, etc. El instrumental debe ser calibrado y probado antes.

-Las pruebas deben ser repetidas a intervalos regulares. Si deben aportar
información sobre el entrenamiento, al final de cada ciclo de entrenamiento
se debería efectuar una prueba específica que indique si se han cumplido
los objetivos del ciclo y proporcione propuestas sobre 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.

CRITERIOS DE SELECCIÓN DEL MÉTODO DE EVALUACIÓN

Cuando se va a decidir un método de evaluación debe tenerse en cuenta una
serie de condiciones que hacen que pueda aplicarse con facilidad a todos los
sujetos.
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 ser
específica de su deporte. El grado de especificidad se debe lograr a distintos
niveles que vienen definidos por el tipo de acción muscular. Es por ello que el
análisis previo de la acción muscular se
hace imprescindible antes de decidir el
tipo de evaluación. Debe conocerse
con anterioridad:
-Grupos musculares implicados
en la acción.
-Tipo de acción muscular.
-Parámetros biomecánicos del
movimiento
. Posición.
.Recorrido
.Velocidad
.Aceleración

Cuando se va a evaluar la fuerza y la potencia debe identificarse
perfectamente la localización de los grupos musculares que intervienen en la
acción, tanto los agonistas como los antagonistas. De des localizar en qué
forma trabajan los grupos musculares, si es de forma isométrica, en ciclo de

estiramiento acortamiento o en cualquiera de las formas de acción muscular. A
continuación debe determinarse el recorrido del movimiento, con sus
posiciones inicial y final. La dinámica de la velocidad en todo el rango de
movimiento resulta fundamental a la hora de elegir una prueba específica, en
muchas ocasiones podemos comprobar que se evalúan acciones explosivas
utilizando sistemas isométricos o isocinéticos a a baja velocidad.

Factibilidad
En muchas ocasiones se elige en pruebas costosas y de difícil aplicación. El
evaluador debe atenerse al instrumentado disponible, en muchas ocasiones
los instrumentos más caros no son los que nos proporcionan mejores
resultados.

Facilidad de uso
A enlgunos sistemas son tan complejos que exigen que sean utilizados tal
sólo por personal especializado. En algunas ocasiones hemos observado
cómo los manuales de instrucciones de ciertos instrumentos eran verdaderas
enciclopedias. Cuando se usa un instrumento complicado puede ocurrir que
sea un utilice mal o que no se les saqué todo el rendimiento esperado.
Actualmente existen instrumentos computerizados que facilitan enormemente
su uso.

Transportabilidad
En las pruebas de fuerza y potencia a menudo el evaluador debe desplazarse
a distintas ubicaciones. Cuando se evalúa un grupo de deportistas es más
fácil que se desplace el evaluador que el equipo evaluado. Disponer de un
equipo de medida ligero y transportable facilita enormemente el trabajo de
evaluación. Actualmente, sistemas comocleLab incorporan todo lo necesario
para efectuar un buen análisis y caben en una maleta.

Inmediatez de resultados
Cuando se va a adquirir un sistema de evaluación debe también tenerse en
cuenta que los datos obtenidos puedan ser procesados por medio de
programas informáticos estandar como los procesadores de textos, hojas de

cálculo o bases de datos. Para el deportista y el entrenador es muy importante
poder disponer de los datos de las pruebas en el momento en que son
realizadas, durante la ejecución de las pruebas se puede ir en formando al
sujeto de los resultados que va obteniendo, en tiempo real, con ello se
obtiene un feed-back que motiva al deportista a esforzarse al máximo en
cada prueba. Al finalizar la batería de pruebas se deben entregar los
resultados con el fin de ayudar al de entrenador a efectuar las modificaciones
que crea convenientes en su plan de entrenamiento.

REGLAS ETICAS DE LA EVALUACIÓN

La aplicación de pruebas de evaluación en general, implica respetar una serie de
normas de conducta por parte del evaluador. En muchos casos no se informa
adecuadamente al sujeto de las pruebas a las que va a ser sometido y en algunos
casos se aplican pruebas que interesan al evaluador mas que al deportista.
En algunas ocasiones se aplican pruebas suplementarias cuyo objetivo es una
investigación que lleva a cabo el evaluador. Con el fin de que no se caiga en
excesos, el colegio americano de medicina del deporte a dictado una serie de
normas en la aplicación de pruebas de evaluación. Cualquier prueba va
acompañada de un formulario de el consentimiento libre y conocimiento de causa
que 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 el
secreto profesional.

CARACTERÍSTICAS CUALITATIVAS

CONDICIONES PARA QUE LA EVALUACIÓN SEA EFECTIVA

Para que la aplicación de un programa de evaluación sea efectivo deben
cumplirse 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.

-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 se efectúa en pista. Cuando los sistemas específicos
resultan costosos, se puede imitar el gesto en el medio mas apropiado.

-Las pruebas deben ser discriminantes o lo que es lo mismo, que
muestren diferencias entre indivíduos o grupos.

-Deben tener un nivel de dificultad de ejecución bajo. Cuando una
prueba implica habilidades motrices complejas debe ser aprendida con
anterioridad. Un test de salto vertical precisa de un aprendizaje previo.
En caso de no efectuar una etapa de aprendizaje aparecen mejoras en
los resultados que no se pueden atribuir a mejoras en la fuerza, sino en
la forma de ejecución.

-Las pruebas deben estar perfectamente controladas y a ser posible,
estandarizadas. Siempre se debe procurar que se mantengan
constantes las condiciones de las pruebas, entrenamientos previos,
estado del deportista, tipo de calentamiento, orden de aplicación, tiempo
de recuperación, etc. El instrumental debe ser calibrado y probado antes.

-Las pruebas deben ser repetidas a intervalos regulares. Si deben
aportar información sobre el entrenamiento, al final de cada ciclo de
entrenamiento se debería efectuar una prueba específica que indique si
se han cumplido los objetivos del ciclo y proporcione propuestas sobre

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 en
cuenta:

- 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.

SISTEMAS DE MEDIDA

Se denomina sistema a la combinación de dos o más elementos, subconjuntos
y partes necesarias para realizar una o varias funciones. Medición es la
asignación objetiva y empírica de un número a una propiedad o cualidad de un
objeto 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 la
adquisición 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 estas
funciones puede ser local o remota, implicando ello, en este segundo caso, la
necesidad 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 técnica
de medición dedicada a la medición de las fuerzas. Co el fin de determinar la

fuerza de los diferentes grupos musculares, desde hace mucho tiempo se
emplean los dinamómetros de muelles: de mano, de espalda, etc. Estos
equipos son cómodos y confiables en el trabajo, pero presentan una limitada
esfera de aplicación, son inertes y no procionan información sobre r el carácter
de la variación de la fuerza en los movimientos rápidos.

SISTEMA HOMBRE-INSTRUMENTO.

Los componentes básicos del sistema hombre-instrumento son esencialmente
los mismos que en cualquier sistema de instrumentación. La única diferencia
real 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 el
individuo quien hace a este sistema distinto a los otros sistemas de
instrumentación.

Estímulo.
En muchas medidas, se necesita la respuesta a algún tipo de estímulo externo.
La instrumentación empleada para generar y presentar este estímulo al
individuo es una parte vital del sistema hombre-instrumento siempre que se
miden 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 estimulación
eléctrica directa de alguna parte del sistema nervioso.

Sensor o Transductor.
El sensor o el transductor se definen como dispositivos capaces de convertir
una forma de energía o señal en otra. En el sistema hombre-instrumento, cada
transductor se emplea para producir una señal eléctrica que es una analogía
del fenómeno que se mide. El transductor puede medir temperatura, presión,
flujo o cualquiera de las otras variables que se pueden encontrar en el
organismo, su salida normalmente es una señal eléctrica.

Diagrama de bloques - El sistema hombre-instrumento.

ESTIMULO
ACONDICIONAMIENTO
TRATAMIENTO
PROCESAMIENTO

TRANSDUCTOR

PRESENTACIÓN
TRANSDUCTOR

TRANSDUCTOR REGISTRO
PROCESO
TRANSMISIÓN

Equipo de acondicionamiento, tratamiento y procesamiento de señal.
La parte del sistema de instrumentación que amplifica, modifica o cambia de
alguna otra forma la salida eléctrica del transductor, se denomina equipo de
acondicionamiento de la señal. La finalidad del equipo de tratamiento de señal
es procesar las señales de los transductores para cumplir las funciones del
sistema y preparar señales adecuadas para el funcionamiento del equipo de
visualización o registro siguientes. El equipo de tratamiento de la señal se
utiliza también para combinar o relacionar las salidas de dos o más
transductores. En esta fase se pueden hacer los cálculos necesarios sobre las
informaciones obtenidas, para ello se debe disponer ya de datos numéricos
que son tratados por los sistemas de cálculo del procesador.

Equipo de presentación.
La salida eléctrica del equipo
de tratamiento de señal se
debe convertir, a fin de que
sea inteligible, en algo que pueda ser percibido por uno de los sentidos del
hombre convirtiendo así la información obtenida con la medición en algo
comprensible. La entrada del instrumento de presentación es la señal eléctrica
modificada proveniente del equipo de tratamiento de la señal. Su salida es
algún tipo de información visual, acústica o tal vez táctil.

Equipo de registro, proceso y transmisión de datos.
Frecuentemente es necesario, o por lo menos deseable, registrar la
información medida para un posible uso posterior o para transmitirla de un
punto 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 sistema
hombre-instrumento. Además, donde se necesite un almacenamiento o
procesado automático de los datos, un ordenador puede constituir la parte
fundamental del sistema de instrumentación.

PROCESO SENSOR ACONDICIONADOR

PRESENTACIÓN TRATAMIENTO TRANSMISIÓN

SENSORES Y TRANSDUCTORES

El término sensor se refiere a un elemento que produce una señal relacionada
con la cantidad que se está midiendo. Por ejemplo, en el caso de un elemento
para medir temperatura mediante resistencia eléctrica, la cantidad que se mide
es la temperatura y el sensor transforma una entrada de temperatura en un
cambio en la resistencia. Un sensor es un dispositivo que, a partir de la energía
del medio donde se mide, da una señal de salida transducible que es función
de la variable medida.

Se denomina transductor a todo dispositivo que convierte una señal de una
forma 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. Los
transductores se definen como el elemento que al someterlo a un cambio fisico
experimenta 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 una
forma dada en otra distinta.

Sensor y transductor se emplean a veces como sinónimos, pero sensor sugiere
un significado más extenso: la ampliación de los sentidos para adquirir un
conocimiento de cantidades físicas que, por su naturaleza o tamaño, no
pueden ser percibidas directamente por los sentidos. Transductor, en cambio,
sugiere que la señal de entrada y la de salida no deben ser homogéneas. Para
el caso en que lo fueran se propuso el término «modificador», pero no ha
encontrado aceptación.

Dado que hay seis tipos de señales: mecánicas, térmicas, magnéticas,
eléctricas, ópticas y moleculares (químicas), cualquier dispositivo que convierta
una señal de un tipo en una señal de otro tipo debería considerarse un
transductor, y la señal de salida podría ser de cualquier forma física «útil».
.
En la práctica se consideran transductores aquellos que ofrecen una señal de
salida eléctrica. Ello se debe al interés de este tipo de señales en la mayoría de
procesos 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 un
parámetro no eléctrico de un material viene acompañada por la variación de un
parámetro eléctrico. Eligiendo el material adecuado, esto permite realizar
transductores con salida eléctrica para cualquier magnitud física no eléctrica.

2. Dado que en el proceso de medida no conviene extraer energía del sistema
donde se mide, lo mejor es amplificar la señal de salida del transductor. Con
amplificadores electrónicos se pueden obtener fácilmente ganancias de
potencia de 1010 en una sola etapa, a baja frecuencia.

3. Además de la amplificación, hay una gran variedad de recursos, en forma de
circuitos integrados, para acondicionar o modificar las señales eléctricas.
Incluso hay transductores que incorporan físicamente en un mismo
encapsulado parte de estos recursos.

4. Existen también numerosos recursos para presentar o registrar información
si 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 señales
mecánicas, hidráulicas o neumáticas, y si bien no hay que olvidar que éstas
pueden ser más convenientes en determinadas circunstancias, como pueden
ser la presencia de radiaciones ionizantes o atmósferas explosivas, en muchos
casos 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, se
encuentran actualmente sistemas neumáticos junto a sistemas eléctricos más
recientes, en cambio en las industrias de manufacturados, donde hay una serie
de procesos discontinuos y que son de automatización más reciente, apenas
hay sistemas neumáticos.

Un sensor primario es el que convierte la variable de medida en una señal de
medida, la entrada y la salida pertenecen al mismo dominio físico, siendo el
sensor electrónico quien la convierte en una señal eléctrica. Un método para
medir una diferencia de presiones, por ejemplo, consiste en emplear un
diafragma cuya deformación se mide mediante una galga extensométrica. En
este caso el diafragma es el sensor primario y la galga hace la transducción.
No obstante, se denomina transductor al conjunto de ambos elementos junto
con su encapsulado y conexiones.

Acondicionamiento y presentación

Los acondicionadores de señal, adaptadores o amplificadores, en sentido
amplio, son los elementos del sistema de medida que ofrecen, a partir de la
señal de salida de un sensor electrónico, una señal apta para ser presentada o
registrada o que simplemente permita un procesamiento posterior mediante un
equipo o instrumento estándar. Consisten normalmente en circuitos

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 tratamiento
de la señal de medida es digital, si la salida del sensores analógica, que es lo
más frecuente, hará falta un convertidor A/D. Éstos tienen una impedancia de
entrada limitada, exigen que la señal aplicada sea continua o de frecuencia de
variación lenta, y que su amplitud esté entre unos límites determinados, que no
suelen exceder de 10 V. Todas estas exigencias obligan a interponer un
acondicionador de señal entre el sensor, que muchas veces ofrece señales de
apenas 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 sobre
papel, e incluso electrónico (memorias eléctricas), y exige siempre que la
información de entrada esté en forma eléctrica.

Interfaces, dominios de datos y conversiones

En los sistemas de medida, las funciones de transducción, acondicionamiento,
procesamiento y presentación, no siempre se pueden asociar a elementos
físicos distintos. Además, la separación entre el acondicionamiento y el
procesamiento puede ser a veces difícil de definir. Pero, en general, siempre es
necesaria una acción sobre la señal del sensor antes de su utilización final.
Con el término interfaz se designa, en ocasiones, el conjunto de elementos que
modifican las señales, cambiando incluso de dominio de datos, pero sin

cambiar su naturaleza, es decir, permaneciendo siempre en el dominio
eléctrico.

Se denomina dominio de datos al nombre de una magnitud mediante la que se
representa o transmite información. El concepto de dominios de datos y el de
conversiones entre dominios, es de gran interés para describir los
transductores y los circuitos electrónicos asociados En la figura se representa
un diagrama con algunos de los posibles dominios, detallando en particular
ciertos dominios eléctricos.

En el dominio analógico, la información está en la amplitud de la señal, bien se
trate de carga, corriente, tensión o potencia. En el dominio temporal, la
información no está en las amplitudes de las señales, sino en las relaciones
temporales: periodo o frecuencia, anchura de pulsos, fase. En el dominio
digital, las señales tienen sólo dos niveles. La información puede estar en el
número de pulsos, o venir representada por palabras serie o paralelo
codificadas.

El dominio analógico es, en general, el más susceptible a interferencias
eléctricas. En el dominio temporal, la variabIe codificada no se puede medir, es
decir, convertir al dominio de números, de forhia continua, sino que hay que

esperar un ciclo o la duración de un pulso. En el dominio digital, la obtención de
números es inmediata.

La estructura de un sistema de medida refleja, pues, las conversiones entre
dominios que se realizan, e influye particularmente en ella el que se trate de
una medida directa o indirecta.

Una medida física es directa cuando se deduce información cuantitativa acerca
de un objeto físico o acción mediante comparación directa con una referencia.
A veces se puede hacer simplemente de forma mecánica, como en el caso de
una balanza clásica.

Las medidas indirectas se efectúan a partir del cálculos efectuados con otras
medidas y de la aplicación de la ecuación que describe la ley que relaciona
dichas magnitudes. Los métodos empleados suelen ser siempre eléctricos. Es
el caso, por ejemplo, de la medida de la potencia transmitida por un eje a partir
de 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
RESULTADOS

NEMÉRICOS GRÁFICOS

TIPOS DE SENSORES

El número de sensores disponibles para las distintas magnitudes físicas es tan
elevado que no se puede proceder racionalmente a su estudio sin clasificarlos
previamente de acuerdo con algún criterio.

Según el aporte de energía, los sensores se pueden dividir en moduladores y
generadores. En los sensores moduladores o activos, la energía de la señal de
salida procede, en su mayor parte, de una fuente de energía auxiliar. La
entrada sólo controla la salida. En los sensores generadores o pasivos, en
cambio, la energía de salida es suministrada por la entrada.

Los sensores moduladores requieren en general más hilos que los
generadores, ya que la energía de alimentación suele suministrarse mediante
hilos distintos a los empleados para la señal. Su sensibilidad se puede
modificar a través de la señal de alimentación, lo que no permiten los sensores
generadores. La designación de activos y pasivos se emplea en algunos textos
con significado opuesto al que se ha dado, por lo que aquí no se hará uso de
ella 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. La
información está en la amplitud, si bien se suelen incluir en este grupo los
sensores con salida en el dominio temporal. Si es en forma de frecuencia, se
denominan, a veces, «casidigitales», por la facilidad con que se puede convertir
en 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. Tienen
también mayor fidelidad y mayor fiabilidad, y muchas veces mayor exactitud.

Atendiendo al modo de funcionamiento, los sensores pueden ser de deflexión o
de comparación. En los sensores que funcionan por deflexión, la magnitud
medida produce algún efecto físico, que engendra algún efecto similar, pero
opuesto, en alguna parte del instrumento, y que está relacionado con alguna
variable útil. Un dinamómetro para la medida de fuerzas es un sensor de este
tipo en el que la fuerza aplicada deforma un muelle hasta que la fuerza de
recuperación de éste, proporcional a su longitud, iguala la fuerza aplicada.

En los sensores que funcionan por comparación, se intenta mantener nula la
deflexión mediante la aplicación de un efecto bien conocido, opuesto al
generado por la magnitud a medir. Hay un detector del desequilibrio y un medio
para restablecerlo. En una balanza manual, por ejemplo, la colocación de una
masa en un platillo provoca un desequilibrio, indicado por una aguja sobre una
escala. El operario coloca entonces una o varias masas en el otro platillo hasta
alcanzar el equilibrio, que se juzga por la posición de la aguja.

Las medidas por comparación suelen ser más exactas porque el efecto
conocido opuesto se puede calibrar con un patrón o magnitud de referencia de
calidad.

El detector de desequilibrio sólo mide alrededor de cero y, por lo tanto, puede
ser muy sensible y no necesita estar calibrado. Por contra, tienen en principio
menor respuesta dinámica y, si bien se pueden automatizar mediante un
servomecanismo, no se logra normalmente una respuesta tan rápida como en
los de deflexión.

Según el tipo de relación entrada-salida, los sensores pueden ser de orden
cero, de primer orden, de segundo orden o de orden superior. El orden está
relacionado con el número de elementos almacenadores de energía
independientes que incluye el sensor, y repercute en su exactitud y velocidad
de respuesta.

Clasificaciones de los sensores.
Criterio Clases Ejemplos
Aporte de energía Moduladores Termistor
Generadores Termopar
Señal de salida Analógicos Potenciómetro
Digitales Codificador de posición
Modo de operación De deflexión Acelerómetro de deflexión
De comparación Servoacelerámetro

En el cuadro se recogen todos estos criterios de clasificación y se dan
ejemplos de sensores de cada clase. Cualquiera de estas clasificaciones es
exhaustiva, y cada una tiene interés particular para diferentes situaciones de
medida. Ahora bien, para el estudio de un gran número de sensores se suele
acudir a su clasificación de acuerdo con la magnitud medida. Se habla, en
consecuencia, de sensores de temperatura, presión, caudal, humedad,
posición, velocidad, aceleración, fuerza, par, etc. Sin embargo, esta
clasificación difícilmente puede ser exhaustiva ya que la cantidad de
magnitudes que se pueden medir es prácticamente inagotable. Piénsese, por
ejemplo, en la variedad de contaminantes químicos en el aire o en el agua, o
en la cantidad de proteínas diferentes que hay en el cuerpo humano y que
interesa detectar.

Desde el punto de vista de la ingeniería electrónica, es más atractiva la
clasificación 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 bien
este tipo de clasificación es poco frecuente, es el elegido en este texto, pues
permite reducir el número de grupos a unos pocos y se presta bien al estudio
de los acondicionadores de señal asociados.

Sensores y métodos de detección más frecuentes.

Magnitudes
Sensores Posición
Distancia Velocidad Aceleración Fuerza
Desplazamiento Vibración
Potenciómetros Galgas
Resistivos Galgas + masa- Galgas
Magnetorresis- resorte
tencias
Capacitivos Condensadores Galgas
diferenciales capacitivas

Transformadores Ley Faraday Transformadores Magneto-elástico
Inductivos y diferenciales Transformadores diferenciales + Transformadores
Electro-magnéticos Corr.Foucault diferenciales masa-resorte diferenciales +
Efecto Hall Efecto Hall célula de carga
Corr.Foucault
Generadores Piezoeléctricos + Piezoeléctricos
masa-resorte
Digitales Encoders increm. Encoders increm.
Encod.absolutos
Uniones p-n Fotoeléctricos
Ultrasonidos Reflexión Efecto Doppler

SENSORES UTILIZADOS EN MEDIDAS DE FUERZA Y POTENCIA

Los músculos del cuerpo se contraen de dos modos distintos. Si el músculo se
contrae (acorta o alarga) , produciendo desplazamiento de los segmentos se
dice que la contracción es anisométrica( miométrica o pliométrica). Sin
embargo, si el músculo ejerce una fuerza pero el ángulo articular permanece
constante, su acción es isométrica. De modo similar, un transductor rígido que
mida la fuerza sin un desplazamiento importante es fundamentalmente un
transductor isométrico. un transductor de desplazamiento que es capaz de
moverse a lo largo de todo su margen de variación requiriendo para ello una
fuerza despreciable, es un transductor isotónico o mejor dicho anisométrico.
En la medida de la fuerza y la potencia no se dispone de sensores primarios de
estas variables y deben ser calculadas por los resultados de la medición de
otras variables, por ejemplo:

- 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 el
desplazamiento de un resorte lineal. De este modo la fuerza es proporcional al
desplazamiento.

Se puede deducir la velocidada partir del desplazamiento.La velocidad es la
tasa de variación o la derivada primera de la posición o desplazamiento

dD
V=--------
dt

Siendo:
V = velocidad
D = desplazamiento
t=tiempo.

Análogamente, la aceleración A es la tasa de variación o la derivada primera de
la velocidad. La aceleración es además la derivada segunda del
desplazamiento

dV d2D
A = -------- = ---------
dt dt2

Las inversas de estas relaciones se pueden expresar como las integrales

V =∫ A dt

D = ∫ V dt = ∫ ∫ A (dt)2

A partir de estas relaciones se puede observar que sí es posible medir una de
estas variables (desplazamiento, velocidad o aceleración), las otras dos
variables se pueden calcular u obtener con métodos de diferenciación o
integración analógicos o digitales.

Las mediciones que con mayor frecuencia se efectúan en ingeniería y deporte
son:
- Desplazamiento.
- Proximidad.
- Velocidad.
- Aceleración.
- Fuerza y presión.
- Potencia y trabajo

A partir de las premisas anteriores en las que se ha explicado como de sueden
calcular los distintos parámetros mecánicos a partir de la detección de otras
señales, se entiende que se utilizarán los sensores más sencillos y fiables en la
detección primaria. Los sensores de posición, desplazamiento y proximidad
cumplen ampliamente con las condiciones anteriores.
Los sensores de desplazamiento miden la magnitud que se desplaza un
objeto;
Los sensores de posición determinan la posición de un objeto en relación con
un punto de referencia.
Los sensores de proximidad son una modalidad de sensor de posición y
determinan en qué momento un objeto se mueve dentro de una distancia crítica
del sensor. Los anteriores son dispositivos cuyas salidas son, en esencia, del
tipo todo o nada (encendido o apagado).

Los sensores de desplazamiento y de posición se pueden clasificar en dos
tipos básicos: sensores de contacto, en los cuales, el objeto que se mide está
en contacto mecánico con el sensor, y sensores sin contacto, en los que no hay
contacto fisico entre el objeto y el sensor. En los métodos de desplazamiento
lineal por contacto, en general se utiliza un eje sensor en contacto directo con
el objeto que se monitorea. El desplazamiento de este eje se monitorea
mediante un sensor. Su movimiento se aprovecha para provocar cambios de
voltaje eléctrico, resistencia, capacitancia o inductancia mutua. En el caso de
los métodos de desplazamiento angular, en los que se utiliza una conexión
mecánica mediante la rotación de un eje, la rotación del elemento transductor
se 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 medir
en las proximidades de dichos sensores,

Transductores potenciométricos.

El dispositivo más simple para medir un desplazamiento es el potenciómetro
lineal o angular. Un potenciómetro es un elemento resistivo que tiene un
contacto deslizante que puede desplazarse a lo largo de dicho elemento. Éste
se puede utilizar tanto en desplazamientos lineales como rotacionales; dicho
desplazamiento se convierte en una diferencia de potencial. El punto en el que
se va a medir el desplazamiento se une simplemente a un contacto deslizante
que se puede mover a lo largo de una trayectoria con resistencia eléctrica
lineal, tal como un cable o una pista de carbón o una resistencia de hilo
bobinado. Si se aplica una tensión entre los terminales A y B de cada
dispositivo, el potencial del punto C, con respecto al punto A es proporcional a
la distancia lineal o angular de A a C. Una dificultad posible en este tipo de
transductor es el rozamiento del contacto sobre el alambre o resistencia. Un
verdadero transductor de desplazamiento no necesitaría ninguna fuerza para
mover el contacto, mientras que un transductor de fuerza necesitaría una
fuerza proporcional a la cuantía del desplazamiento al mover el contacto
deslizante. Donde se utilice un potenciómetro como transductor de fuerza, se

debe permitir que el objeto que produce la fuerza se mueva lo suficiente para
producir un cambio adecuado en la posición del contacto.

El potenciómetro rotacional está formado por una pista o canal circular con
devanado de alambre o por una capa de plástico conductor; sobre la pista rota
un contacto deslizante giratorio y ésta puede ser una sola circunferencia o
helicoidal. Con un voltaje de entrada constante Vs entre las terminales 1 y 3, el
voltaje de salida V0 . entre las terminales 2 y 3 es una fracción del voltaje de
entrada, la fracción que depende de la relación de resistencia R23 entre las
terminales 2 y 3 comparada con la resistencia total R13 entre las terminales 1 y
3, es decir:

V0 / Vs = R23 / R13

Si la resistencia de la pista por unidad de longitud (por ángulo unitario) es
constante, entonces la salida es proporcional al ángulo a lo largo del cual gira
el deslizador. En este caso un desplazamiento angular se puede convertir en
una diferencia de potencial.

Un efecto que debe tomarse en cuenta en el potenciómetro, es el de la carga
que se conecta en la salida, RL. La diferencia de potencial a través de la carga
VL 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 lineal
entre voltaje de salida y ángulo en una relación no lineal.

El transformador diferencial.

Cuando se deban medir desplazamientos más pequeños que los que se
pueden detectar adecuadamente mediante un transductor de tipo
potenciométrico, se necesitan transductores de desplazamiento más sensibles.
Uno de tales dispositivos es el transformador. El transformador diferencial de
variación lineal también es conocido por su abreviatura TDVL (o LVDT, por sus
siglas en inglés).

El transformador diferencial consiste fundamentalmente en un transformador con un
primario y dos secundarios. El devanado de en medio es el primario y los otros son
secundarios idénticos conectados en serie de manera que sus salidas se oponen entre
sí.
El transformador tiene un núcleo móvil que está unido al punto en el que se va a medir
el desplazamiento. Como resultado del movimiento que se monitorea, a través del tubo
central se desplaza un núcleo magnético.
Si en el devanado primario se alimenta un voltaje alterno, en los devanados
secundarios se inducirán f.e.m.s alternas. Si el núcleo magnético está en el centro, la
cantidad de material magnético de los devanados secundarios es la misma. Por lo
tanto, las f.e.m.s inducidas en ambos devanados será la misma, y dado que están
conectados de manera que sus salidas se oponen entre sí, la salida neta obtenida es
cero.

Cuando se excita con una fuente de corriente alterna, el primario induce tensiones
iguales en los dos secundarios en tanto en cuanto el núcleo móvil esté exactamente
en el centro produciendo una salida neta de cero voltios. Sin embargo, cuando el
núcleo se desplaza desde su ubicación central en uno de los devanados habrá mayor
porción del núcleo magnético que en el otro, por ejemplo, mayor cantidad en el
devanado secundario 2 que en el devanado 1. En consecuencia, en uno de los
devanados se induce una mayor f.e.m. que en el otro y de ambos se obtiene una
salida neta. Dado que a mayor desplazamiento habrá mayor porción del núcleo en un
devanado que en el otro, la salida, que es la diferencia entre las dos f.e.m.s aumenta
en la medida que el desplazamiento monitoreado
sea mayor. De este modo, el transformador
diferencial es capaz de detectar variaciones de
desplazamiento enormemente pequeñas. Sin
embargo, un problema de este tipo de transductor de
desplazamiento es que no es lineal para
desplazamientos muy grandes.
Igual que el potenciómetro, el transformador diferencial es un verdadero transductor de
desplazamiento que se puede montar con baja elasticidad y de esta forma es
adecuado para medidas isotónicas.

Transductores de galga extensométrica.

Una galga extensométrica es un segmento de material conductor, tal como un
cable fino o una pieza de material semiconductor que se tensa o comprime
proporcionalmente al desplazamiento. Cuando se tensa, el cable u otro
dispositivo se alarga y, al mismo tiempo, se reduce el área de su sección
transversal, aumentando de esta forma su resistencia eléctrica. Análogamente,
cuando la galga se comprime, la resistencia disminuye. Dado que se necesita
una fuerza para tensar o comprimir el dispositivo, la galga extensométrica es
fundamentalmente un transductor de fuerza (isométrico).

Como ejemplo de dispositivo para medir el desplazamiento se coloca una galga
extensométrica a cada lado de un elemento flexible, tal como un segmento de
un metal elástico. Las galgas extensométricas se pegan al elemento de modo
que 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 del
brazo flexible en un punto de referencia (en voladizo) y se une el otro extremo
al punto cuyo desplazamiento se va a medir, el brazo se curvará debido al
desplazamiento y variarán por lo tanto las resistencias de las dos galgas. Dado
que el brazo flexible actúa como un muelle, la fuerza necesaria para producir el
desplazamiento medido es proporcional a dicho desplazamiento. Si se desea
medir el desplazamiento, el elemento se construye extremadamente flexible de
modo que la fuerza necesaria para curvarlo sea despreciable comparada con la
energía que produce el desplazamiento,. Por contra, si se va a medir la fuerza,

el brazo se construye rígido de modo que el movimiento sea despreciable y el
pequeño desplazamiento sea proporcional a la fuerza aplicada.

La sensibilidad de una galga extensométrica viene determinada por el factor de
sensibilidad, este término denota el porcentaje de cambio de resistencia por
cambio unitario de longitud. Así pues, el factor de sensibilidad se puede
expresar como:

∆R/R
G = ---------
∆ L/ L

siendo
∆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, mientras
que para el silicio (un material semiconductor) es de alrededor de 120. Para
aumentar la sensibilidad generalmente se tensan o comprimen varios
segmentos de cable y se conectan en serie, para formar una galga
extensométrica de hilo típica.

Las galgas extensométricas de hilo son de dos tipos fundamentales: con
soporte y sin soporte. En la galga extensométrica con soporte, el hilo se montar
sobre una lámina delgada de plástico o papel que se pega al material al que se
aplica el esfuerzo. Este es el tipo de galga extensométrica la fuerza de la propia
galga no es significativa debido a que el material al que está pegada la galga
soporta de hecho la carga aplicada

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 que
una sobrecarga rompa los hilos. Cuando no se aplica ninguna fuerza, los hilos
se encuentran tensados y la armadura centrada en el marco. Al aplicar una
fuerza, aumenta la tensión de dos de las galgas, mientras que la tensión en las
otras dos disminuye.

Transductor de galga extensométrica sin soporte. (Tomado de D. Bartholomew,
Electrical Measurement and Instruments. Allyn & Bacon, Inc., Boston, Mass.).

Algunas galgas modernas se fabrican, en vez de con alambre, con una laminilla
metálica sobre un sustrato material mediante un proceso de grabado semejante
al que se utiliza en la fabricación de circuitos impresos. Estas galgas impresas
tienen características similares a las galgas extensométricas de alambre con
soporte.

Una galga extensométrica de semiconductor fabricada con silicio tiene un factor
de sensibilidad unas 60 veces mayor que las metálicas. Esto significa que con
galgas extensométricas de silicio se pueden utilizar transductores mucho más
pequefíos para realizar medidas de fuerza y desplazamiento. Esta mayor
sensibilidad permite además hacer galgas más rígidas con respuestas de hasta
2.000 Hz. La principal desventaja de este tipo de galgas es la variación de la
resistencia del silicio con la temperatura. Esta variación se puede compensar
parcialmente teniendo al menos dos galgas extensométricas en ramas
diferentes de un puente, técnica empleada también con galgas de hilo y de hoja
metálica por la misma razón. Otra desventaja parece ser una tendencia de los
materiales semiconductores a ser más frágiles que las galgas extensométricas
de hilo.

Las galgas extensométricas se conectan generalmente en una o más ramas de
un circuito puente, amplificando y registrando la salida del puente. Cuando se
utilizan dos o cuatro galgas extensométricas para realizar una sola medida, se
colocan en ramas diferentes del mismo puente. Esta disposición no sólo
aumenta la sensibilidad sino que además proporciona una compensación de
temperatura. Las galgas extensométricas de mercurio son mucho más
adaptables que las galgas metálicas o de semiconductor y de este modo son
muy útiles en ciertas aplicaciones fisiológicas, tales como los cambios de
diámetro en un músculo. Debido a su bajísima resistencia (de uno a pocos
ohmios), las galgas extensométricas de mercurio requieren circuitos especiales
para que se las pueda utilizar. El efecto de los cambios de temperatura, incluso
en los cables de entrada, puede llegar a ser un problema.

Se puede substituir el mercurio por un electrólito. Estas galgas presentan un
margen de resistencia más adecuado y son muy baratas, pero son escasas
debido a la dificultad de calibrarlas y conservarlas.
Otro dispositivo relacionado con éstos es la «resistencia de goma» que está
fabricada con un elastómero conductor. Al tensar la goma, cambia la
resistencia de una forma similar al mercurio en la galga extensométrica de
mercurio.

El deformímetro de resistencia eléctrica es un alambre metálico, una cinta de
papel metálico o una tira de material semiconductor en forma de oblea que se
adhiere a la superficie como si fuese una estampilla postal.

Un tipo de sensores de desplazamiento utiliza deformímetros unidos a
elementos flexibles en forma de viga voladiza, anillos . Cuando el elemento
flexible se dobla o se deforma debido a las fuerzas que se le aplican en un
punto de contacto que se desplaza, los deformímetros de resistencia eléctrica
montados en el elemento se someten a un esfuerzo y producen un cambio en
la resistencia, el cual es posible monitorear. Este cambio es una medida: del
desplazamiento o deformación del elemento flexible. Estos elementos se
utilizan por lo general en desplazamientos lineales del orden de 1 mm a 30 mm
y 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 de
acelerómetro.

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 8

Pico de aceleración basado en datos de Nigg et al., 1974; Unold, 1974; Voloshin and
Wosk, 1982; Lafortune and Hennig

Sensores piezoeléctricos

Ciertas 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 de
rochelle, cuarzo, ácido fosfórico y se puede inducir mediante tratamiento en el
titanato de bario.
Cuando un material piezoeléctrico se estira o comprime genera cargas
eléctricas; una de sus caras se carga en forma positiva y la cara opuesta se
carga en forma negativa. En consecuencia, se produce una diferencia de
potencial. La carga neta q en una superficie es proporcional a la cantidad x que

las cargas hayan sido desplazadas y, dado que el desplazamiento es
proporcional a la fuerza aplicada F:

q = kx = SF

donde
k es una constante
S una constante denominada sensibilidad de carga.

Esta depende del material y de la orientación de sus cristales. El cuarzo tiene
una sensibilidad de carga de 2.2 pC/N si el cristal se corta en determinada
dirección y las fuerzas se aplican en una dirección específica; el titanato de
bario tiene una sensibilidad de carga del orden de 130 pC/N mucho mayor que
la 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 del
cuarzo es del orden de 0.055 V/m Pa y la del titanato de bario es de unos 0.0
11 V/m Pa.

Cuando se aplican contactos a las caras del material piezoeléctrico se puede
obtener una señal eléctrica. El elemento piezoeléctrico es eléctricamente
equivalente a un generador de tensión, proporcionando una tensión
proporcional a la fuerza aplicada, conectado en serie con un condensador.

La salida es una tensión que se puede amplificar directamente y visualizar o
registrar. Cuando se conecta el elemento piezoeléctrico a un amplificador con
una impedancia de entrada moderadamente alta, que es el caso más
frecuente, la tensión en la entrada de este amplificador es proporcional a la
fuerza aplicada o a la deformación del elemento inmediatamente después de
que 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 el
temblor.
Entre las características importantes de los transductores de cristal
piezoeléctrico se incluyen la sensibilidad (tensión de salida para un cambio de
esfuerzo 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 la
presión no tenga mucho tiempo para su descarga espontánea o fuga y, por lo
tanto, en general se les utiliza para medir presiones transitorias en vez de
presiones permanentes.

Elemento capacitivo

Si se conecta una placa de un condensador al punto cuyo desplazamiento o
movimiento se va a medir y se fija la otra placa como referencia, cualquier
cambio en la posición relativa de las dos placas (distancia entre placas) se
refleja en una variación de capacidad.

Se puede medir el valor absoluto de la capacidad en un puente de
condensadores o bien conectar el condensador a una inductancia para formar
un circuito sintonizado. Cuando se excita con una tensión alterna justo a la
frecuencia de resonancia, el circuito sintonizado presenta una impedancia
proporcional a la capacidad del condensador, que a su vez refleja el
desplazamiento. Si en vez de ello, se incorpora el circuito sintonizado en un
oscilador, se puede obtener una señal de frecuencia modulada demodulable
mediante un discriminador de FM. Situando la placa móvil entre dos placas
fijas, se forman dos condensadores, de tal forma que al desplazarse la placa
móvil hacia una placa fija, aumenta la capacidad de este condensador,
alejándose al mismo tiempo la otra, reduciendo por consiguientela capacidad
del segundo condensador. De este modo se forma un transductor capacitivo
diferenciaL.

Sensores de proximidad por corrientes de Foucault

Cuando a un devanado se aplica una corriente alterna se crea un campo
magnético alterno. Si próximo a este campo se encuentraun objeto metálico, en
él se inducen corrientes de Foucault o parásitas. Estas corrientes parásitas, a
su vez, producen un campo magnético que distorsiona el campo magnético que
lo origina. En onsecuencia, la impedancia del devanado, así como la amplitud
de la corriente altema se modifica. Cuando se alcanza cierto nivel
predeterminado, este cambio en la corriente puede activar un interruptor. Este
tipo de sensor no puede detectar la presencia de materiales no magnéticos
pero sí conductores y ofrece la ventaja de ser más o menos barato, de
dimensiones pequeñas, muy confiable y sensible a pequefíos desplazamientos.

Interruptor de proximidad inductivo

Está formado por un devanado enrollado en un núcleo. Al aproximar el extremo
del devanado a un objeto metálico, cambia la inductancia del primero. Este
cambio puede monitorearse por el efecto que produce en un circuito resonante
y sirve para activar un Se puede medir el valor absoluto de la inductancia
empleando un puente de corriente alterna o bien la inductancia variable puede
formar parte de un circuito sintonizado, que se puede tratar de la misma forma
descrita para el transductor capacitivo.

Codificadores ópticos

En los instrumentos anteriores, las variaciones de desplazamiento o fuerza
(y algunas veces velocidad o aceleración) aparecen como tensiones o
corrientes analógicas proporcionales a las variables que se miden. Sin
embargo, el desplazamiento angular se convierte algunas veces directamente
en un código binario que puede leer una computadora o se puede visualizar de
forma digital. El código binario es un conjunto de unos y ceros que representan
el ángulo de un eje. El número de unos y ceros del conjunto determina la
precisión con que se puede realizar la medida angular.

Un codificador es un dispositivo que produce una salida digital como resultado
de un desplazamiento lineal o angular. Los codificadores de posición se
clasifican en dos categorías:

-codificadores incrementales, los cuales detectan cambios en la rotación a
partir de una posición de datos.
-codificadores absolutos, que proporcionan la. posición
angular real.

La mayoría de los codificadores utilizan un principio
óptico en el que se explora según un radio un dibujo

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