Registro y medición de variables físicas para la elaboración

Año
“Registro y medición de variables
físicas para la elaboración de pastillas Salvador Valadez R.
en laboratorios farmacéuticos”
Universidad Tecnológica
de Querétaro
Firmado digitalmente por Universidad Tecnológica de
Querétaro
Nombre de reconocimiento (DN): cn=Universidad
Tecnológica de Querétaro, o=Universidad Tecnológica de
Querétaro, ou, [email protected], c=MX
Fecha: 2011.05.19 11:17:16 -05'00'
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE
QUERÉTARO
Nombre del proyecto
“Registro y medición de variables físicas para la elaboración
de pastillas en laboratorios farmacéuticos”
Memoria
Que como parte de los requisitos para obtener
El Título de
Ingeniero en Tecnologías de Automatización
Presenta
TSU. Salvador Valadez Rodríguez
Nombre del aspirante
Ing. Raúl Hernández Zúñiga
Asesor de la UTEQ
TSU. Alejandra Mendoza
Olguín
Asesor de la Empresa
Santiago de Querétaro, Qro. Mayo del 2011
Lugar y fecha
Querétaro, Qro. , a ____ de ____________ de _____.
.
C.
Candidato al grado de Ingeniería
en Tecnologías de la Automatización
Presente
Matrícula: 200305010
AUTORIZACIÓN DE PRESENTACIÓN DE MEMORIA
El que suscribe, por medio del presente le informa a Usted, que se le autoriza la
presentación de su memoria de la Estadía profesional, titulada: “Registro y medición
de variables físicas para la elaboración de pastillas en laboratorios farmacéuticos”,
realizado en la empresa: Sistemas Integrales Automatizados del Bajío.
Trabajo que fue revisado y aprobado por el Comité de Asesores, integrado por:
TSU Alejandra Mendoza Olguín
Asesor de la Empresa
Ing. Raúl Hernández Zúñiga
Profesor Asesor
Se hace constar el NO adeudo de materiales en las siguientes áreas.
________________________
Biblioteca UTEQ
_______________________ __________________________
Lab. de Tecnología
Lab. Informática
Atentamente
______________________________
Director de la División
C.c.p.
<<Nombre>>.- Subdirector de Servicios Escolares
Archivo
Nota: Incorporar imagen escaneada que incluya firmas
1
RESUMEN
En el presente trabajo se realizara una propuesta de desarrollo de un programa
en LabVIEW de National Instrument. Este programa o instrumento virtual
deberá de tomar la medición de variables físicas (temperatura, humedad y
presión), que intervienen en la elaboración de pastillas en la industria
farmacéutica y presentara la grafica de su comportamiento, así como el registro
de las mediciones en un archivo de texto. Además se realizara la comunicación
a través del puerto serial RS-232 con una tarjeta de adquisición de datos
(DAQ) Agilent 34970A de la marca Hewlett Packard.
ABSTRACT
In the present work come true a proposition to develop a program on LabVIEW
of National Instrument. This program or the virtual instrument will be to take the
measurement physical variables (temperature, humidity and pressure), that they
intervene in the elaboration of tablets at the pharmaceutical industry and
showing the graph comportment, thus like measurements register in the text file.
Besides to make the communication across the serial port RS-232 with a data
acquisition (DAQ) Agilent 34970A mark Hewlett Packard this will be acquiring
the data of the variables.
2
DEDICATORIAS
A mis padres
Por su incondicional apoyo
Porque mis logros son sus logros
Por estar siempre en mí camino
Por creer en mí
Gracias.
AGRADECIMIENTOS
A Dios
A todas las personas familiares, amigos, profesores
Que han logrado hacer posible
De este sueño una realidad
A todos ellos
Gracias.
3
ÍNDICE
Página
Resumen
2
Abstract
2
Dedicatorias
3
Agradecimientos
3
Índice
4
I.
INTRODUCCION
8
II.
ANTECEDENTES
8
III.
JUSTIFICACIÓN
9
IV.
OBJETIVOS
9
V.
ALCANCES
9
VI.
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
10
6.1 LabVIEW
10
6.1.2 Instrumentos Virtuales
11
6.1.3 Comunicación con tarjetas DAQ
14
6.2 Comunicación a través del puerto serial
15
6.2.1 Puerto serial asíncrono
16
6.2.2 Tipos de comunicación en puerto serial
17
6.2.2.1 Simplex
17
6.2.2.2 Duplex, Half dúplex o Semi duplex
17
6.2.2.3 Full Duplex
17
6.2.3 UART
19
6.2.3.1 Velocidad de transmisión
20
6.2.3.2 Bits de start y stop
21
6.2.3.3 Bits de dato
22
6.3 Sensores
24
6.3.1 Descriptores estáticos de los sensores
24
4
6.3.2 Transductores
26
6.3.2.1 Transductores de presión mecánicos
26
6.3.2.2 Transductores de presión electromecánicos
28
6.3.2.3 Transductores de temperatura
31
6.3.2.4 Termistores
32
6.3.3 Transductores de humedad
33
6.3.3.1 Precisión de la medición de humedad
34
6.3.3.2 Tipos de sensores para la medición de humedad
35
6.3.3.3 Efectos de la temperatura y la humedad
37
6.4 Termopares
38
6.4.1 Tipos de termopares
39
6.5 Variables físicas aplicadas al proyecto
43
6.5.1 Temperatura y termodinámica
43
6.5.1.1 Principio cero de la termodinámica
43
6.5.1.2 Primera ley de la termodinámica
44
6.5.1.3 Segunda ley de la termodinámica
45
6.5.1.4 Tercera ley de la termodinámica
46
6.5.2 Termometría
47
6.5.3 Escala Celsius
49
6.5.4 Escala Kelvin o Absoluta
50
6.5.5 Escala Fahrenheit
51
6.5.6 Conversión de temperaturas
51
6.6 Presión Barométrica o Atmosférica
52
6.6.1 Ecuación aritmética
53
6.7 Presión diferencial
54
6.7.1 Tubo Venturi
56
6.7.2 Tubo Pitot
58
6.8 Humedad
60
6.8.1 Presión de vapor
61
6.8.2 Humedad absoluta
62
6.8.3 Razón de mezcla
62
5
6.8.4 Humedad especifica
62
6.8.5 Humedad relativa
63
6.8.6 Temperatura del punto de rocío
63
6.8.7 Métodos de medición de humedad relativa
63
6.8.8 Método de Higrómetro
66
6.8.9 Método de punto de rocío
67
6.8.10 Método sicrométrico
67
6.9 Lazo de corriente de 4-20 mA
68
6.9.1 Razones de uso de lazo de corriente de 4-20 mA
68
6.9.2 Perturbaciones en la transmisión
69
6.9.2.1 Atenuación
69
6.9.2.2 Ruido
70
6.9.3 Componentes del lazo de corriente
70
6.9.4 Estándar de Norma de lazo de corriente
72
6.9.5 Transmisor de 4-20 mA
72
6.9.6 Receptor de 4-20 mA
74
6.9.7 Características eléctricas del lazo de corriente
74
6.9.8 Caídas de voltaje del lazo de corriente
75
6.9.9 Rango máximo de transmisor
76
6.9.10 Resistencia del cable
76
6.10 Pendiente de la recta
77
6.10.1 Definición de la pendiente
78
6.10.2 Forma segmentaria de la ecuación de la recta
79
6.10.3 Rectas notables
80
6.10.4 Rectas que pasan por un punto
81
6.10.5 Rectas que pasan por dos puntos
82
VII.
PLAN DE ACTIVIDADES
84
VIII.
RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS
85
IX.
DESARROLLO DEL PROYECTO
86
9.1 Descripcion del Hardware
86
9.2 Fuente de corriente
88
6
9.3 Parámetro por ecuación de la recta
91
9.4 Configuración del Agilent 34970 A utilizada para el proyecto
94
9.5 Desarrollo de Vi prototipo para adquisición de datos
97
9.5.1 Componentes de un controlador de instrumentos
98
9.5.2 Entradas y salidas de Vi´s controladores de instrumentos
99
9.5.3 Vi Voltage Monitor
100
9.5.4 Inicializar el Vi para adquirir datos con la DAQ Agilent 34970 A 102
X.
RESULTADOS OBTENIDOS
109
XI.
ANÁLISIS DE RIESGOS
110
XII.
CONCLUSIONES
111
XIII.
RECOMENDACIONES
112
XIV.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
113
7
I. INTRODUCCIÓN
Este proyecto trata del desarrollo de un programa basado en LabVIEW de
NI, para obtener las mediciones de variables físicas como son temperatura,
presión y humedad, mediante una tarjeta de adquisición de datos de la marca
Hewlett Packard, para posteriormente procesarlas y obtener las mediciones
desplegadas en el instrumento virtual desarrollado.
Lo que se realizara dentro de este proyecto es presentar parte del uso
de la programación en LabVIEW, así como el desarrollo de un instrumento
virtual que permita realizar la configuración de la tarjeta de adquisición de datos
más frecuente llamada en este ambiente como DAQ (Data Acquisition), además
el instrumento debe de desplegar las mediciones en graficas programadas y
crear un archivo en donde se estarán guardando las mediciones realizadas.
II. ANTECEDENTES
Una de las razones principales para la realización de este proyecto es
llevar a cabo el desarrollo de un instrumento virtual de fácil uso
para la
elaboración de productos de laboratorios farmacéuticos, donde se realizaran
las mediciones de las variables: temperatura, presión y humedad; cabe
mencionar que es un proyecto que aun en estos momentos se está
desarrollando ya que es una obra grande y por consiguiente el tiempo en el que
se realizara el programa sobrepasa el tiempo en el cual se implemente
debidamente. Por ello mismo la participación de la empresa SIAB S.A. de C.V.
esta limitada al desarrollo y programación del instrumento virtual.
8
III. JUSTIFICACIÓN
Obtener datos de las mediciones mediante un programa, en este caso
LabVIEW por su flexibilidad y fácil uso, además que la programación que es un
entorno amigable
basado en programación G (grafico) enfocado al uso en
instrumentación nos permitirá tener el control de las variables físicas que se
estarán monitoreando para llevar la elaboración del producto farmacéutico.
Cabe mencionar que el programa de fabrica Benchlink para la utilización de la
DAQ 34970 A ó 34972 A, está limitado a la visualización de gráficos y uso
dinámico. Por ello el desarrollo se realizaran bajo las necesidades requeridas
del cliente en el entorno de LabVIEW.
IV.OBJETIVOS
El objetivo principal que persigue este trabajo, es el desarrollo de un
instrumento virtual basado en LabVIEW y la comunicación mediante el
protocolo RS-232 o puerto serial. El instrumento virtual Vi debe ser capaz de
realizar las mediciones entre un minuto, una hora o el definido por el usurario,
de las variables que ya se han planteado y serán almacenadas en un archivo de
texto definida también por el usuario. Además que el instrumento sea de fácil
uso y se pueda realizar la configuración del instrumento físico (DAQ) a través
de él instrumento virtual.
V. ALCANCES
Diseño del instrumento virtual basado en LabVIEW, el cual será capaz de
medir las variables físicas a través de la tarjeta de adquisición de datos (DAQ)
Agilent 34970 A. Además se podrá realizar la configuración a través del Vi
(instrumento virtual) y pueda guardarlo en una hoja de datos.
9
Las pantallas de los instrumentos virtuales para las mediciones de las
diferentes variables serán similares, una de las diferencias significativas será la
interpretación de la señal entregada por los sensores pero esta será ajustada
dentro del Vi para obtener la medición acorde al tipo de variable.
VI. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
6.1 SOFTWARE DE PROGRAMACIÓN GRÁFICA LABVIEW
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engeenering Workbench) es un
lenguaje de programación de alto nivel de tipo gráfico y enfocado al uso en
instrumentación. Es un entorno de desarrollo gráfico con funciones integradas
para realizar adquisición de datos, control de instrumentos, análisis de medida y
presentaciones de datos. Cuenta con todas las estructuras y puede ser usado
para elaborar cualquier algoritmo que se desee en cualquier aplicación, cada
programa que se realiza en LabView es llamado Instrumento Virtual (VI). Se
puede diseñar especificando su sistema funcional, su diagrama de bloques o
una notación de diseño de ingeniería.
LabView es a la vez compatible con herramientas de desarrollo similares
y puede trabajar con programas de otra área de aplicación, como por ejemplo
Matlab (en este trabajo no se hablara de ese software ya que ese no es el
objetivo). Tiene la ventaja de que permite una fácil integración con hardware
específicamente con tarjetas de medición, adquisición y procesamiento de
datos.
LabView es una herramienta gráfica para pruebas de control y diseño. El
lenguaje que usa se llama lenguaje G.
Este programa fue creado por National Instrument (1976) para funcionar
sobre máquinas MAC, salió al mercado por primera vez en 1986. Ahora está
10
disponible para las plataformas
Windows, UNIX, MAC y Linux y va por la
versión 10 con soporte para Windows Vista y Seven.
Entre sus objetivos están el reducir el tiempo de desarrollo de
aplicaciones de todo tipo (no sólo en ámbitos de pruebas, Control y Diseño) y el
permitir la entrada a la informática a programadores no expertos.
Esto no
significa que la empresa haga únicamente software sino que busca combinar
este software con todo tipo de hardware, tanto propio tarjetas de adquisición
de datos, PAC, Visión, y otro Hardware, como de terceras empresas.
Labview tiene su mayor aplicación en sistemas de medición
como
monitoreo de procesos y aplicaciones de control, un ejemplo de esto pueden
ser sistemas de monitoreo en transportación, Laboratorios para clases en
universidades, procesos de control. LabView es muy utilizado en procesamiento
digital de señales, procesamiento en tiempo real de aplicaciones biomédicas,
manipulación de imágenes y audio, automatización, diseño de filtros digitales,
generación de señales, entre otras, etc. Ingenieros, científicos y técnicos de
todo el mundo utilizan LabView para desarrollar soluciones que respondan a
sus exigentes aplicaciones. LabView es un revolucionario entorno gráfico de
desarrollo para adquisición de datos, control de instrumentos, análisis de
medidas y presentación de datos. LabView le da la flexibilidad de un potente
lenguaje de programación sin la complejidad típicamente asociada a estos
lenguajes [1].
6.1.2 INSTRUMENTOS VIRTUALES
Un programa creado en LabView es llamado como Instrumento Virtual y
consta de tres partes a considerar:
11
El Panel frontal, donde estarán ubicados todos los indicadores y
controles que el usuario podrá ver cuando el programa este en funcionamiento.
Por ejemplo botones, perillas, gráficas, etc. (fig. 1)
Figura 1. Panel Frontal
El diagrama de bloques muestra el programa en código gráfico G, en
este trabajo se usan diagramas, estructuras de programación y flujo de datos
entre las diferentes entradas y salidas a través de líneas. Las subrutinas son
mostradas como iconos de cajas negras, con unas entradas y unas salidas
determinadas, donde en el interior se cumple una función específica.
Todos los indicadores y controles ubicados en el panel frontal están
respaldados por un terminal de conexión en el diagrama de bloques tal como si
se tuviera un tablero de control de una máquina o un avión, donde por el frente
12
se ven los indicadores y por el lado posterior se aprecian todos los cables y
terminales de conexión como se muestra en la figura 2.
Figura 2. Diagrama de bloques asociado al panel frontal de la figura1.
El ícono de conexión utiliza el programa creado como subrutina en otro
programa donde el ícono será la caja negra, las entradas son las conexiones a
los controles del programa subrutina y las salidas son las conexiones a los
indicadores del mismo subprograma.
Al seleccionar el ícono este se conecta a los indicadores y controles en
la forma deseada para que se distribuyan las entradas y salidas en la caja
negra, tal como sucede en un circuito integrado.
La idea es crear un sistema de programación modular donde cada rutina
abra otras rutinas y estas a su vez otras de menor nivel dentro de una cadena
jerárquica con cualquier límite deseado.
13
Así cuando se use un módulo no se requiere saber cómo funciona
interiormente, simplemente basta con conocer sus entradas y salidas para ser
así usado [1].
6.1.3 COMUNICACIÓN CON TARJETAS DAQ.
Las tarjetas DAQ son tarjetas insertables que permiten la entrada y salida
de datos del computador a otros aparatos, donde se conectan sensores, y
actuadores, para interactuar con el mundo real. Los datos que entran y salen
pueden ser señales digitales o análogas, o simplemente conteos de ocurrencias
digitales, tanto de entrada, como de salida.
Las tarjetas se comportan como si fueran un puerto más en el
computador, y poseen todo un protocolo y sistema de manejo, por lo que
entender cada tarjeta, como su funcionamiento, al igual que cualquier
instrumento, requiere de tiempo y cuidado.
Existen tarjetas de alto y de bajo desempeño. Las de alto son
programables, y facilitan altos rangos de manejo de información, pues son en
cierta forma inteligentes y suficientes, y por tanto no comprometen mucho la
velocidad y rendimiento del computador.
Las tarjetas de bajo desempeño requieren de un control directo del
computador, y se ven limitadas por la velocidad de éste. Windows en cierta
forma es un sistema operativo que no trabaja en tiempo real, para operaciones
donde el rango de muestreo es muy alto, como en aplicaciones de audio, radar,
vibraciones y video, aunque para aplicaciones de lentitud considerable es
bueno, como en controles de hornos. En aplicaciones lentas Windows y tarjetas
simples bastan porque los tiempos perdidos por el sistema de interrupciones de
14
Windows (sea por mover el mouse o cualquier otra cosa) no afectan
comparativamente.
LabVIEW ofrece acceso a los driver desde las rutinas de configuración.
Los driver disponibles son para las tarjetas de la NI National Instruments, pero
en el mercado se consiguen driver para otras marcas como PC-LAB, Agilent,
etc.
6.2 COMUNICACIÓN A TRAVES DEL PUERTO SERIAL
En informática, un puerto serie es una interfaz física de comunicación en
serie a través de la cual se transfiere información mandando o recibiendo un bit.
A lo largo de la mayor parte de la historia de las computadoras, la transferencia
de datos a través de los puertos serie ha sido generalizada. Se ha usado y
sigue usándose para conectar las computadoras a dispositivos como terminales
o módems.
Actualmente en la mayoría de los periféricos serie, la interfaz USB ha
reemplazado al puerto serie puesto que es más rápida. La mayor parte de las
computadoras están conectadas a dispositivos externos a través de USB y, a
menudo, ni siquiera llegan a tener un puerto serie.
El puerto serie se elimina para reducir los costos y se considera que es
un puerto heredado y obsoleto. Sin embargo, los puertos serie todavía se
encuentran en sistemas de automatización industrial y algunos productos
industriales y de consumo.
Los dispositivos de redes, como los enrutadores y conmutadores, a
menudo tienen puertos serie para modificar su configuración. Los puertos serie
se usan frecuentemente en estas áreas porque son sencillos, baratos y
15
permiten la interoperabilidad entre dispositivos. La desventaja es que la
configuración de las conexiones serie requiere, en la mayoría de los casos, un
conocimiento avanzado por parte del usuario y el uso de comandos complejos
si la implementación no es adecuada [4].
LabView cuenta con funciones para iniciar, escribir y leer el puerto serial
un ejemplo de los parámetros que se deben de configurar en LabVIEW, (fig. 3).
Figura 3. Configuración básica para la comunicación en RS-232 con el
equipo que se utilizara Agilent 34970A.
6.2.1 PUERTO SERIE ASINCRONO
A través de este tipo de puerto la comunicación se establece usando un
protocolo de transmisión asíncrono. En este caso, se envía en primer lugar una
señal inicial anterior al primer bit de cada byte, carácter o palabra codificada.
Una vez enviado el código correspondiente, se envía inmediatamente una señal
de stop después de cada palabra codificada.
La señal de inicio (start) sirve para preparar al mecanismo de recepción o
receptor, la llegada y registro de un símbolo, mientras que la señal de stop sirve
para predisponer al mecanismo de recepción para que tome un descanso y se
prepare para la recepción del nuevo símbolo.
16
La típica transmisión start-stop es la que se usa en la transmisión de
códigos ASCII a través del puerto RS-232, como la que se establece en las
operaciones con teletipos.
El puerto serie RS-232 (también conocido como COM) es del tipo
asincrónico, utiliza cableado simple desde 3 hilos hasta 25 y conecta
computadoras o micro controladores [5].
6.2.2 TIPOS DE COMUNICACIÓN EN PUERTO SERIAL
6.2.2.1 Simplex
En este caso el emisor y el receptor están perfectamente definidos y la
comunicación es unidireccional. Este tipo de comunicaciones se emplean,
usualmente, en redes de radiodifusión, donde los receptores no necesitan
enviar ningún tipo de dato al transmisor.
6.2.2.2 Duplex, half duplex o semi-duplex
En este caso ambos extremos del sistema de comunicación cumplen
funciones de transmisor y receptor y los datos se desplazan en ambos sentidos
pero no de manera simultánea. Este tipo de comunicación se utiliza
habitualmente en la interacción entre terminales y una computadora central.
6.2.2.3 Full Duplex
El sistema es similar al duplex, pero los datos se desplazan en ambos
sentidos simultáneamente. Para que sea posible ambos emisores poseen
diferentes frecuencias de transmisión o dos caminos de comunicación
separados, mientras que la comunicación semi-duplex necesita normalmente
17
uno solo. Para el intercambio de datos entre computadores este tipo de
comunicaciones son más eficientes que las transmisiones semi-dúplex [ 5 ].
El RS-232C consiste en un conector tipo DB-25 de 25 pines, aunque es
normal encontrar la versión de 9 pines DB-9, mas barato e incluso más
extendido para cierto tipo de periféricos (como el ratón serie del PC). En
cualquier caso, los PCs no suelen emplear más de 9 pines en el conector DB25. Las señales con las que trabaja este puerto serie son digitales, de +12V (0
lógico) y -12V (1 lógico), para la entrada y salida de datos, y a la inversa en las
señales de control. El estado de reposo en la entrada y salida de datos es -12V.
Dependiendo de la velocidad de transmisión empleada, es posible tener cables
de hasta 15 metros. Cada pin puede ser de entrada o de salida, teniendo una
función específica cada uno de ellos. Las más importantes son los siguientes
mostrados en la tabla 1:
Pin
Función
TXD (Transmitir Datos)
RXD (Recibir Datos)
DTR (Terminal de Datos Listo)
DSR (Equipo de Datos Listo)
RTS (Solicitud de Envío)
CTS (Libre para Envío)
DCD (Detección de Portadora)
Tabla 1. Funciones de los pines de comunicación para el puerto serie RS-232.
Las señales TXD, DTR y RTS son de salida, mientras que RXD, DSR, CTS y
DCD son de entrada. La masa de referencia para todas las señales es SG
(Tierra de Señal). Finalmente, existen otras señales como RI (Indicador de
Llamada), y otras poco comunes que no se explican en este artículo por rebasar
el alcance del mismo, tabla 2.
18
Numero
de Pin
Señal
Descripción
E/S
En DB-25 En DB-9
1
1
Masa chasis
2
3
TxD
Transmit Data
S
3
2
RxD
Receive Data
E
4
7
RTS
Request To Send
S
5
8
CTS
Clear To Send
E
6
6
DSR
Data Set Ready
E
7
5
SG
Signal Ground
8
1
CD/DCD
(Data) Carrier Detect
E
15
TxC(*)
Transmit Clock
S
17
RxC(*)
Receive Clock
E
20
4
DTR
Data Terminal Ready
S
22
9
RI
Ring Indicator
E
24
RTxC(*) Transmit/Receive Clock S
Tabla 2. Conexión del numero de pin (*) = Normalmente no conectados en el
DB-25
Conector DB 25
Conector DB 9
Figura 4. Puerto serie en la pc
6.2.3 UART
El puerto serie transmite/recibe los datos por una UART. UART significa
"Universal Asynchronous Receiver/Transmitter", Universal que porque es un
protocolo ampliamente aceptado y utilizado, Receptor/Transmisor porque es
utilizado tanto para enviar como para recibir datos asíncronos.
19
Asíncrono significa que no lleva señal de sincronismo (frente a las
transmisiones síncronas que sí la llevan). Asíncrono no significa que no
necesite sincronismo, al contrario, al no llevarlo explícitamente en una línea
debe tenerlo implícitamente en su funcionamiento y por tanto es mucho más
rígido.
Puede ser full-duplex (puede transmitir y recibir a la vez) si lleva líneas y
circuitos independientes para transmitir y recibir. Si solo lleva una línea y un
circuito será simplex (solo puede transmitir o solo puede recibir).
6.2.3.1 Velocidad de transmisión
Antes de ver como se realiza este sincronismo veamos lo que es la
velocidad de transmisión ya que es un concepto necesario para comprender
este sincronismo.
La velocidad de transmisión se mide en bits por segundo (bps) (a veces
confundido con baudios, ya que en este caso son equivalentes). Lo que
realmente tenemos con este dato es el tiempo que tarda en transmitirse un bit.
Por ejemplo, de la famosa velocidad 9600bps obtenemos 1/9600= 104us, es
decir:
•
si queremos transmitir un 0 deberemos dejar la línea al valor 0 durante
104us
•
si queremos transmitir un 1 deberemos dejar la línea al valor 1 durante
104us
Los protocolos asíncronos son bastante exigentes a la hora de mantener los
tiempos, aunque siempre cuentan con un porcentaje de error aceptable (p.e. un
10%, lo que nos daría entre 94us y 114us aproximadamente). Si estuviera
recibiendo un 0 y a los 50us la línea cambiase a 1, sabría que hay un error.
20
Las velocidades típicas son 300, 600, 1200, 4800, 9600, 19200, 38400,
57600, 115200 y últimamente empezaban a aparecer 230400, 460800 y
921600.
6.2.3.2 Bits de start y stop
Mientras no existe una transmisión en la línea, esta se encuentra en
reposo. El estado de reposo en una UART es el equivalente a un 1.
Cuando queramos transmitir un dato, enviaremos primero un bit de start.
El bit de start siempre vale 0, por lo que cambiaremos el estado de la línea de 1
a 0 y para ser coherentes con la velocidad de transmisión lo dejaremos a este
nivel durante el tiempo de un bit (104us en el ejemplo), razón por la que se
llama bit de start. A partir de este tiempo, ya podremos enviar los bits del dato a
transmitir podemos verlo en la figura 5.
Figura 5. Bits de transmisión.
Desde el punto de vista del receptor vemos que la línea está a nivel 1 y
en un momento determinado cambia a 0. Esto es muy importante, ya que este
instante es el empleado para la sincronización entre el transmisor y el receptor.
El receptor verá que este valor se mantiene por el tiempo de un bit (si cambia
antes dará la recepción por errónea). Pasado este tiempo realizará la recepción
de los bits del dato.
Una vez transmitido el dato (y si lleva, otra información extra, por ejemplo
bit de paridad) se envía el llamado bit de stop. El bit de stop siempre vale 1. La
utilidad del bit de stop es asegurarnos que no se transmite nada por la línea
21
hasta pasado ese tiempo (da tiempo al receptor de tratar el dato antes de recibir
otro), es un valor que se puede configurar. Generalmente nos dan 3 opciones: 1
bit, 2 bits y 1.5bits. Puede sonar extraño tener un bit y medio, pero hay que
tener en cuenta que hace referencia al tiempo de bit por lo que, siguiendo con el
ejemplo de 9600bps, 1.5 * 104us = 156us.
6.2.3.3 Bits del dato
Otro de los parámetros que normalmente podemos configurar en las
UART es en número de bits por dato. Generalmente tenemos 7 y 8 bits. Lo
normal es configura a 8 bits ya que con ellos tenemos un byte, sin embargo,
recordemos que el protocolo ASCII original constaba de solo 7 bits.
Lo importante de los bits del dato es saber que es transmitido primero el
bit de menos peso y el último el bit de más peso. Al igual que con los bits de
start y stop, hay que mantener la línea al valor del bit a transmitir durante el
tiempo exacto de bit (pudiendo desviarse en un valor menor que la tolerancia),
104us en el ejemplo.
Bit extra: En muchos sistemas podemos configurar un bit extra que puede tener
distintos significados:
Paridad: Este bit puede ser usado para marcar la paridad. Esta puede ser par o
impar. En caso de que no esté correcto el valor se deberá desechar el dato
recibido ya que ha sido corrompido durante la transmisión.
Los bits de start y stop no son tenidos en cuenta para el cálculo de la paridad.
Muchas veces la paridad es malinterpretada cuando no se tiene experiencia
con ella:
22
•
Paridad par significa que el número total de 1s transmitido (incluyendo el
bit de paridad) es par.
•
Paridad impar significa que el número total de 1s transmitido (incluyendo
el bit de paridad) es impar.
•
En paridad par, el bit de paridad no vale 1 cuando el número total de 1s
del dato transmitido es par y 0 en caso contrario.
•
En paridad impar, el bit de paridad no vale 1 cuando el número total de
1s del dato transmitido es impar y 0 en caso contrario.
Mark: Si este bit es configurado como Mark, significa que siempre valdrá 1.
Space: Si este bit es configurado como Space, significa que siempre valdrá 0.
Direccionamiento: En algunos sistemas se montan redes conectando la UART a
un bus y se puede emplear este bit para indicar si el valor es una dirección (a
quien van dirigidos los siguientes datos) o un dato. La forma de manejar este bit
ya depende de protocolos que se hallan en capas superiores.
Ninguno: En este caso, ni siquiera existe este bit (no se emplea tiempo para
transmitirlo).
Hand-shaking: Hace referencia a la forma en la que el transmisor y el receptor
se notifican su estado para llevar a cabo la comunicación.
•
Ninguno: No es necesario emplear hand-shaking.
•
Hardware: Existen líneas físicas específicas para esta tarea.
•
Software: Por la propia UART se envían valores específicos para este fin
[5].
23
6.3 SENSORES
Un sensor es un dispositivo eléctrico y/o
mecánico que convierte
magnitudes físicas (luz, magnetismo, presión, etc.) en valores medibles de
dicha magnitud. Esto se realiza en tres fases:
- Un fenómeno físico a ser medido es captado por un sensor, y muestra en su
salida una señal eléctrica dependiente del valor de la variable física.
- La señal eléctrica es modificada por un sistema de acondicionamiento de
señal, cuya salida es un voltaje.
- El sensor dispone de una circuitería que transforma y/o amplifica la tensión
de salida, la cual pasa a un conversor A/D, conectado a un PC. El convertidor
A/D transforma la señal de tensión continua en una señal discreta [6].
Figura 6. Diagrama de bloques de un sistema de medición.
6.3.1 DESCRIPTORES ESTÁTICOS DE LOS SENSORES
Los descriptores estáticos definen el comportamiento en
régimen
permanente del sensor:
24
- Rango: valores máximos y mínimos para las variables de entrada y salida de
un sensor.
- Exactitud: la desviación de la lectura de un sistema de medida respecto a una
entrada conocida. El mayor error esperado entre las señales medida e ideal.
- Repetitividad: la capacidad de reproducir una lectura con una precisión dada.
-Reproducibilidad: tiene el mismo sentido que la repetitividad excepto que se
utiliza cuando se toman medidas distintas bajo condiciones diferentes.
- Resolución: la cantidad de medida más pequeña que se pueda detectar.
- Error: es la diferencia entre el valor medido y el valor real.
- No linealidades: la desviación de la medida de su valor real, supuesto que la
respuesta del sensor es lineal. No-linealidades típicas: saturación, zona muerta
e histéresis.
- Sensibilidad: es la razón de cambio de la salida frente a cambios en la
entrada: s = ∂V /∂x
-Excitación: es la cantidad de corriente o voltaje requerida para el
funcionamiento del sensor.
- Estabilidad: es una medida de la posibilidad de un sensor de mostrar la misma
salida en un rango en que la entrada permanece constante [6].
25
6.3.2 TRANSDUCTORES
Un transductor, en general, es un dispositivo que convierte una señal
física en otra señal de diferente tipo de energía con cierta relación matemática
entre ellas. En la transducción siempre se extrae una cierta energía del sistema
donde se mide, por lo que es importante garantizar que esto no lo perturbe.
Hay seis tipos de señales diferentes: mecánicas, térmicas, magnéticas,
eléctricas, ópticas y moleculares o químicas [7].
6.3.2.1 TRANSDUCTORES DE PRESIÓN MECÁNICOS
Pueden medir la presión de manera directa o indirecta.
De manera directa: comparándola con la que ejerce un líquido de densidad y
altura conocidas (Tubo en U).
De manera indirecta: a través de la deformación que experimentan diversos
elementos elásticos constituyentes del transductor (Tubo Bourdon, en espiral y
en hélice, diafragma, fuelle, etc.) [7]
Manómetro de tubo en U: se utiliza para medir presiones cercanas a la
atmosférica. Consta de un tubo en forma de U (generalmente contiene
mercurio) con una de las ramas abiertas, mientras que en la otra se aplica la
presión a medir. Como la presión es distinta en las dos ramas hay un
desplazamiento del mercurio, de manera que la presión p a medir es:
26
Figura 7. Esquema de manómetro de tubo en U y tubo Bourdon
Tubo Bourdon: Es un tubo de sección elíptica, y curvado de manera que forma
un anillo casi perfecto. Al aplicar presión al fluido contenido en su interior, el
tubo tiende a enderezarse, transmitiéndose el movimiento de su extremo (por
un sistema de engranaje) a una aguja que se desplaza por una escala
graduada.
Elementos en espiral y en hélice: Se forman enrollando un tubo Bourdon, lo que
da lugar a un desplazamiento considerable del extremo libre y a un movimiento
más amplio de la aguja indicadora.
Diafragma: consiste en una o varias cápsulas o diafragmas circulares soldados
entre sí por sus bordes, de manera que al aplicar una presión, cada cápsula se
deforma y la suma de todas estas pequeñas deformaciones es amplificada a
continuación por un juego de palancas, y transmitida a una aguja indicadora.
27
Figura 8. Esquemas de manómetro de diafragma y de fuelle.
Fuelle: Es similar al de diafragma, constando de una sola pieza (fuelle) en la
dirección de su eje, la cual puede dilatarse o comprimirse a causa de la presión.
Manómetros de presión absoluta: Usan la combinación de dos fuelles, uno
como medida de la presión relativa y otro para medir la atmosférica. El
movimiento resultante de la unión de los dos fuelles equivale a la presión
absoluta [7].
6.3.2.2 TRANSUCTORES DE PRESIÓN ELECTROMÉCANICOS
Utilizan un elemento mecánico elástico (Bourdon, espiral, fuelle, etc)
combinado con un transductor eléctrico que se encarga de generar la señal
eléctrica correspondiente.
Galgas extensiométricas: se basan en la variación de longitud y diámetro (y,
por lo tanto, de resistencia) que tiene lugar en un hilo de conductor o
semiconductor al ser sometido a un esfuerzo mecánico como consecuencia de
una presión (efecto piezo resistivo). En general el valor de la resistencia cumple
la expresión:
28
Ro: Resistencia sin ningún esfuerzo aplicado.
K: Factor de sensibilidad de la galga (aproximadamente 2)
ε: deformación unitaria longitudinal (medida a dimensional de la deformación)
Para medir la variación de la resistencia eléctrica de las galgas se utiliza el
puente de Wheatstone (Fig. 9).
Figura 9. Puente de Wheatstone
Las galgas pueden ser una, dos o todas las resistencias del puente.
Cuando Us es cero el puente está en equilibrio. La variación de una de las
resistencias produce un desequilibrio. Cuando el puente está en equilibrio, se
cumple que R1.R3=R2.R4
Las galgas pueden ser cementadas y sin cementar. Las cementadas
están formadas por varios bucles de hilo muy fino pegado a una base cerámica,
papel o plástico. En las galgas sin cementar los hilos descansan entre un
armazón fijo y otro móvil bajo una ligera tensión inicial.
29
Transductores piezoeléctricos: El efecto piezoeléctrico consiste en la aparición
de cargas eléctricas en determinadas zonas de una lámina cristalina de algunos
materiales siguiendo ciertos ejes, en respuesta a la aplicación de una presión.
El
cristal se coloca entre dos láminas metálicas que recogen las cargas
eléctricas, siendo posible de esta forma medir las variaciones de presión.
Figura 10. Cristal Piezoeléctrico.
Transductores resistivos: La presión desplaza un cursor a lo largo de una
resistencia a modo de potenciómetro cuyo valor se modifica proporcionalmente
a la presión aplicada
Transductores capacitivos: Miden la presión por medio de un diafragma
metálico que constituye una de las placas del condensador. Cualquier cambio
de presión hace variar la separación entre el diafragma y la otra placa,
modificándose la capacidad del condensador
Figura 11. Transductor resistivo y capacitivo respectivamente.
30
6.3.2.3 TRANSDUCTORES DE TEMPERATURA
La medida de la temperatura se realiza con mucha frecuencia en la
industria. Los transductores de temperatura más importantes son:
Termo resistencias: se basan en la variación de la resistencia de un conductor
con la temperatura. Se denominan también sondas de resistencia, sondas
termométricas o simplemente resistencias RTD.
Existe una relación entre la resistencia y la temperatura de un cuerpo
RT=Ro (1+α ∆T)
T=T-To
Donde Ro es la resistencia a To ºC, RT la resistencia a T ºC y α el
coeficiente de temperatura.
Es semejante a la de las galgas extensiométricas. Las termo-resistencias
están constituidas por un hilo muy fino de un conductor metálico, bobinado
entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o de
cerámica. Para el hilo se pueden emplear platino, níquel, cobre o wolframio.
31
Figura 12 Las variaciones de resistencia que sufren se suelen medir mediante
un puente de Wheatstone.
6.3.2.4 TERMISTORES
Se basan en la variación de la resistencia de un semiconductor con la
temperatura. En función de cómo varía la resistencia con la temperatura se
clasifican en:
- Termistores o resistencias NTC: son de coeficiente de temperatura negativo,
es decir la resistencia disminuye al aumentar la temperatura y viceversa.
- Termistores o resistencia PTC: son de coeficiente de temperatura positivo, es
decir
la
resistencia
aumenta
o
disminuye
al
aumentar
o
disminuir
respectivamente la temperatura.
32
Figura 12. Grafica de respuesta de termistor tipo NTC y PTC
Se utilizan como medida de temperatura en motores eléctricos, hornos,
protección de sobrecargas, etc.
Termopares: se basan en la fuerza electromotriz creada en la unión de dos
metales distintos por uno de sus extremos (efecto Seebeck). Cuando la unión
se calienta aparece una diferencia de potencial entre los extremos libres [6].
Figura 13. Termopar
6.3.3 TRANSDUCTORES DE HUMEDAD
La medición de la humedad es un proceso verdaderamente analítico en
el cual el sensor debe estar en contacto con el ambiente de proceso a
diferencia de los sensores de presión y temperatura que invariablemente se
33
encuentran aislados del proceso por protecciones conductoras del calor o
diafragmas respectivamente.
Esto tiene, por supuesto, implicancias en la contaminación y degradación
del sensor en niveles variables dependiendo de la naturaleza del ambiente.
6.3.3.1 PRECISIÓN DE LA MEDICIÓN DE HUMEDAD
-Dependencia de la calibración con la humedad y la temperatura, muchos
sensores son no- lineales y casi todos varían con la temperatura
-Como afecta al sensor el envejecimiento y la velocidad de envejecimiento
-Que tan sensitivo es el sensor a los contaminantes
-Que precisión tiene el estándar usado para construir el sensor y su certificación
A causa de estas variaciones es de notar que una declaración de una
precisión ±1% es poco representativa del desempeño efectivo en el ámbito de
operación del sensor. Por ejemplo un sensor con una precisión especificada de
fábrica del ±1% podría, después de operar durante 6 meses, caer hasta una
precisión de ±6% mientras que otro sensor con una precisión de fábrica de ±2%
podría, luego de operar 6 meses en la misma aplicación, tener una precisión del
±2%.Los fabricantes y laboratorios de calibración buscan determinar la calidad
del desempeño de los dispositivos para la medición de humedad, esto es, que
tanto las especificaciones y como los datos de calibración reflejen la operación
real de los sensores.
34
La precisión de un sensor como la desviación con respecto a un patrón
de laboratorio. Esta característica es afectada por los siguientes factores:
-Temperatura y humedad a la que fue calibrado el sensor
6.3.3.2 TIPOS DE SENSORES PARA MEDICIÓN DE LA HUMEDAD
Sensores por desplazamiento: Es quizás el tipo de sensor más antiguo y de uso
común, utiliza un mecanismo para medir la expansión o contracción de un
cierto material que es proporcional a los cambios en el nivel
de humedad
relativa. Los materiales más comunes el nylon y la celulosa. Las ventajas de
este tipo de sensor son el bajo costo de fabricación y es altamente inmune a la
contaminación. Las desventajas son la tendencia a la descalibración en el
tiempo y los efectos de histéresis significativos.
Sensor de bloque de polímero resistivo: Están compuestos de un sustrato
cerámico aislante sobre el cual se deposita una grilla de electrodos. Estos
electrodos se cubren con una sal sensible a la humedad embebida en una
resina (polímero). La resina se recubre entonces con una capa protectiva
permeable al vapor de agua. A medida que la humedad permea la capa de
protección, el polímero resulta ionizado y estos iones se movilizan dentro de la
resina. Cuando los electrodos son excitados por una corriente alterna, la
impedancia del sensor se mide y es usada para calcular el porcentaje de
humedad relativa.
Por su misma estructura este tipo de sensores son relativamente
inmunes a la contaminación superficial ya que no afecta su precisión aunque si
el tiempo de respuesta. Debido a los valores extremadamente altos de
35
resistencia del sensor a niveles de humedad menores que 20% es apropiado
para los rangos altos de humedad.
Sensores capacitivos: Los sensores capacitivos (polímero orgánico capacitivo)
es diseñado normalmente con platos paralelos con electrodos porosos o con
filamentos entrelazados en el sustrato. El material dieléctrico absorbe o elimina
vapor de agua del ambiente con los cambios del nivel de humedad. Los
cambios resultantes en la constante dieléctrica causa una variación en el valor
de la capacidad del dispositivo por lo que resulta una impedancia que varía con
la humedad. Un cambio en la constante dieléctrica de aproximadamente el 30%
corresponde a una variación de 0-100% en la humedad relativa.
El material sensor es muy delgado para alcanzar grandes cambios en la
señal con la humedad. Esto permite a el vapor de agua entrar y salir fácilmente
y el secado rápido para la sencilla calibración del sensor.
Este tipo de sensor es especialmente apropiado para ambiente de alta
temperatura porque el coeficiente de temperatura es bajo y el polímero
dieléctrico puede soportar altas temperaturas. Los sensores capacitivos son
también apropiados para aplicaciones que requieran un alto grado de
sensibilidad a niveles bajos de humedad, donde proveen una respuesta
relativamente rápida. A valores de humedad superiores al 85% sin embargo el
sensor tiene una tendencia a saturar y se transforma en no lineal [7].
36
Figura 14. Composición de un sensor de humedad capacitivo
6.3.3.3 EFECTOS DE LA TEMPERATURA Y LA HUMEDAD
La salida de todos los sensores de humedad por absorción (capacitivos,
resistivos, de film resistivo etc.), se ven afectados sensiblemente por la
temperatura y la humedad relativa. A causa de esto se utilizan mecanismos de
compensación de temperatura en aplicaciones que demanden alto nivel de
precisión o un amplio rango de temperaturas.
Cuando se compensa la temperatura de un sensor lo mejor es hacer la
medición de temperatura tan cerca como sea posible de área activa del sensor,
esto es en el mismo micro-ambiente. Esto es especialmente verdad cuando se
combina la medición de RH y temperatura par derivar el punto de rocío. Los
instrumentos de tipo industrial para medir humedad y punto de rocío incorporan
una resistencia de platino (RTD) en la parte posterior del sustrato del sensor
para la integridad de la compensación de la diferencia de temperaturas. Para
estos sensores de alta temperatura no se proveen los circuitos electrónicos de
acondicionamiento de señal [7].
37
6.4 TERMOPARES
Un termopar es un dispositivo para la medición de temperatura, basado
en efectos termoeléctricos. Es un circuito formado por dos conductores de
metales diferentes o aleaciones de metales diferentes, unidas en sus extremas
y entre cuyas uniones existe una diferencia de temperatura, que origina una
fuerza electromotriz efecto Seebeck.
La fuerza electromotriz generada por el termopar está en función de la
diferencia de temperatura entre la unión fría y caliente, pero más
específicamente, ésta es generada como un resultado de los gradientes de
temperatura las cuales existen a lo largo de la longitud de los conductores.
Inventor Thomas Johann Seebeck (1770 - 1831): Físico y médico
alemán. Perteneció a la Academia de Ciencias de Berlin. En 1821-22 descubrió
la termoelectricidad y la pila termoeléctrica. Descubrió el efecto que lleva su
nombre, que consiste en el paso de la corriente a través de un circuito formado
por dos metales distintos cuyas uniones se mantienen a temperaturas distintas
y que es el fundamento de los termopares.
Efecto Seebeck: Cuando las uniones de dos conductores se unen por
sus extremos para formar un circuito, y se colocan en un gradiente de
temperatura, manifiesta un flujo de calor y un flujo de electrones conocido como
corriente Seebeck.
La fuerza electromotriz (FEM) que genera la corriente se conoce como
fuerza electromotriz de termopar o tensión de Seebeck.
El coeficiente Seebeck (S) se define como la derivada de dicha tensión
(E) con respecto a la temperatura (T) (Fig. 15) [8]
38
S = dE / dT
Figura 15. Efecto Seebeck.
6.4.1 TIPOS DE TERMOPARES
•
Tipo K (Cromo (Ni-Cr) Chromel / Aluminio (aleación de Ni -Al) Alumel):
con una amplia variedad de aplicaciones, está disponible a un bajo costo
y en una variedad de sondas. Tienen un rango de temperatura de -200º
C a +1.372º C y una sensibilidad 41µV/° C aprox. Po see buena
resistencia a la oxidación.
•
Tipo E (Cromo / Constantán (aleación de Cu-Ni)): No son magnéticos y
gracias a su sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas,
en el ámbito criogénico. Tienen una sensibilidad de 68 µV/° C.
•
Tipo J (Hierro / Constantán): debido a su limitado rango, el tipo J es
menos popular que el K. Son ideales para usar en viejos equipos que no
aceptan el uso de termopares más modernos. El tipo J no puede usarse
a temperaturas superiores a 760º C ya que una abrupta transformación
magnética causa un desajuste permanente. Tienen un rango de -40º C a
+750º C y una sensibilidad de ~52 µV/° C. Es afecta do por la corrosión.
39
•
Tipo T (Cobre / Constantán): ideales para mediciones entre -200 y
260 °C. Resisten atmósferas húmedas, reductoras y o xidantes y son
aplicables en criogenia. El tipo termopares de T tiene una sensibilidad de
cerca de 43 µV/°C.
•
Tipo N (Nicrosil (Ni-Cr-Si / Nisil (Ni-Si)): es adecuado para mediciones de
alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la
oxidación de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los
tipos B, R y S que son más caros.
Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los más estables, pero
debido a su baja sensibilidad (10 µV/° C aprox.) ge neralmente son usados para
medir altas temperaturas (superiores a 300º C).
•
Tipo B (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): son adecuados para la medición de
altas temperaturas superiores a 1.800º C. Los tipo B presentan el mismo
resultado a 0º C y 42º C debido a su curva de temperatura/voltaje,
limitando así su uso a temperaturas por encima de 50º C.
•
Tipo R (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): adecuados para la medición de
temperaturas de hasta 1.300º C. Su baja sensibilidad (10 µV/° C) y su
elevado precio quitan su atractivo.
•
Tipo S (Platino / Rodio): ideales para mediciones de altas temperaturas
hasta los 1.300º C, pero su baja sensibilidad (10 µV/° C) y su elevado
precio lo convierten en un instrumento no adecuado para el uso general.
Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibración
universal del punto de fusión del oro (1064,43° C).
Los termopares con una baja sensibilidad, como en el caso de los tipos B, R
y S, tienen además una resolución menor. La selección de termopares es
importante para asegurarse que cubren el rango de temperaturas a determinar
[8].
40
Código de Colores: El propósito es establecer uniformidad en la designación
de los termopares y cables de extensión, por medio de colores en sus
aislamientos e identificar su tipo a composición así como su polaridad.
Figura 16. Los diferentes códigos de colores de los termopares.
41
Figura 17. Curvas de respuesta de los diferentes termopares.
De la gráfica se puede apreciar que dependiendo del material con que se
encuentra construido el termopar, sus características tanto de sensibilidad como
de máxima temperatura de medición son alteradas.
42
6.5 VARIABLES FISICAS APLICADAS AL PROYECTO
6.5.1 TEMPERATURA Y TERMODINÁMICA
Es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de
magnitudes de los sistemas a un nivel macroscópico. Constituye una teoría
fenomenológica, a partir de razonamientos deductivos, que estudia sistemas
reales, sin modelar y sigue un método experimental. Los cambios estudiados
son los de temperatura, presión y volumen, aunque también estudia cambios en
otras magnitudes, tales como el potencial químico, la fuerza electromotriz y el
estudio de los medios continuos en general. También podemos decir que la
termodinámica nace para explicar los procesos de intercambio de masa y
energía térmica entre sistemas térmicos diferentes.
El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones
termodinámicas son las leyes de la termodinámica, que postulan que la energía
puede ser intercambiada entre sistemas en forma de calor o trabajo. También
se introduce una magnitud llamada entropía, que mide el orden y el estado
dinámico de los sistemas. En la termodinámica se estudian y clasifican las
interacciones entre diversos sistemas, lo que lleva a definir conceptos como
sistema termodinámico y su contorno. Un sistema termodinámico se caracteriza
por sus propiedades, relacionadas entre sí mediante las ecuaciones de estado.
Éstas se pueden combinar para expresar la energía interna y los
potenciales termodinámicos, útiles para determinar las condiciones de equilibrio
entre sistemas y los procesos espontáneos [9].
6.5.1.1 PRINCIPIO CERO DE LA TERMODINÁMICA
Este principio establece que existe una determinada propiedad,
denominada temperatura empírica θ, que es común para todos los estados de
43
equilibrio termodinámico que se encuentren en equilibrio mutuo con uno dado.
Tiene tremenda importancia experimental, pero no resulta tan importante en el
marco teórico de la termodinámica.
El equilibrio termodinámico de un sistema que se define como la
condición del mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir o dar
a conocer un estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico,
polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, coordenadas en
el plano x , y) no son dependientes del tiempo. El tiempo es un parámetro
cinético, asociado a nivel microscópico; el cual a su vez esta dentro de la físicoquímica y no es parámetro debido a que a la termodinámica solo le interesa
trabajar con un tiempo inicial y otro final. A dichas variables empíricas
(experimentales) de un sistema se les conoce como coordenadas térmicas y
dinámicas del sistema.
Este principio fundamental, aún siendo ampliamente aceptado, no fue
formulado formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres
leyes. De ahí que recibiese el nombre de principio cero [9].
6.5.1.2 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
También conocida como principio de conservación de la energía para la
termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste
intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de
otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe
intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía
interna. Fue propuesta por Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824, en su obra
“Reflexiones” sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas
adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros
principios de la termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos
44
de su época, y más tarde fue utilizada por Rudolf Loreto Clausius y Lord Kelvin
para formular, de una manera matemática, las bases de la termodinámica.
La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:
Eentra − Esale = ∆Esistema
Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos
termodinámico, queda de la forma:
∆U = Q − W
Donde U es el incremento de la energía interna del sistema (aislado), Q
es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el
sistema. [9]
6.5.1.3 SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Esta ley arrebata la dirección en la que deben llevarse a cabo los
procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el
sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua
pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en
algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de
un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, la segunda ley impone restricciones
para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo
teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. Esta ley apoya todo su contenido
aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía, de tal manera
que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su
entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.
45
Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor
siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los
de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.
La aplicación más conocida es la de las máquinas térmicas, que obtienen
trabajo mecánico mediante aporte de calor de una fuente o foco caliente, para
ceder parte de este calor a la fuente o foco o sumidero frío. La diferencia entre
los dos calores tiene su equivalente en el trabajo mecánico obtenido. [9]
6.5.1.4 TERCER LEY DE LA TERMODINÁMICA
La Tercera de las leyes de la termodinámica, propuesta por Walther
Nernst, afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto
mediante un número finito de procesos físicos. Puede formularse también como
que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía
tiende a un valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos
puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto. No
es una noción exigida por la Termodinámica clásica, así que es probablemente
inapropiado tratarlo de “ley”.
Es importante recordar que los principios o leyes de la Termodinámica
son sólo generalizaciones estadísticas, válidas siempre para los sistemas
macroscópicos, pero inaplicables a nivel cuántico. El demonio de Maxwell
ejemplifica cómo puede concebirse un sistema cuántico que rompa las leyes de
la Termodinámica.
Asimismo, cabe destacar que el primer principio, el de conservación de la
energía, es la más sólida y universal de las leyes de la naturaleza descubiertas
hasta ahora por las ciencias. [9]
46
6.5.2 TERMOMETRÍA
La termometría se encarga de la medición de la temperatura de cuerpos
o sistemas. Para este fin, se utiliza el termómetro, que es un instrumento que se
basa en el cambio de alguna propiedad de la materia debido al efecto del calor;
así se tiene el termómetro de mercurio y de alcohol, que se basan en la
dilatación, los termopares que deben su funcionamiento al cambio de la
conductividad eléctrica, los ópticos que detectan la variación de la intensidad
del rayo emitido cuando se refleja en un cuerpo caliente.
Para poder construir el termómetro se utiliza el Principio cero de la
termodinámica, que dice: "Si un sistema A que está en equilibrio térmico con un
sistema B, está en equilibrio térmico también con un sistema C, entonces los
tres sistemas A, B y C están en equilibrio térmico entre sí".
Demostración de la existencia de la temperatura empírica de un sistema
con base en la ley cero.
Para dos sistemas en equilibrio termodinámico representados por sus
respectivas coordenadas termodinámicas (X1,Y1) y (X2,Y2) tenemos que
dichas coordenadas no son función del tiempo, por lo tanto es posible hallar una
función que relacionen dichas coordenadas, es decir:
f(x1,x2,y1,y2) = 0
Sean tres sistemas hidrostáticos, A, B, C, representados por sus
respectivas termodinámicas: (Pa, Va), (Pb, Vb), (Pc, Vc). Si A y C están en
equilibrio debe existir una función tal que:
f1(Pa,Pc,Va,Vc) = 0
47
Es decir:
Pc = g1(Pa,Va,Vc) = 0
Donde las funciones f1 y g1 dependen de la naturaleza de los fluidos.
Análogamente, para el equilibrio de los fluidos B y C:
f2(Pb,Pc,Vb,Vc) = 0
Es decir:
Pc = g2(Pb,Vb,Vc) = 0
Con las mismas consideraciones que las funciones f2 y g2 dependen de
la naturaleza de los fluidos.
La condición dada por la ley cero de la termodinámica de que el equilibrio
térmico de A con C y de B con C implica asimismo el equilibrio de A y B puede
expresarse matemáticamente como:
g1(Pa,Va,Vc) = g2(Pb,Vb,Vc)
Lo que nos conduce a la siguiente expresión:
f3(Pa,Pb,Va,Vb) = 0
Entonces, llegamos a la conclusión de que las funciones g1 y g2 deben
ser de naturaleza tal que se permita la eliminación de la variable termodinámica
común Vc. Una posibilidad, que puede demostrarse única, es:
g1 = m1(Pa,Va)n(Vc) + k(Vc)
48
Asimismo:
g2 = m2(Pb,Vb)n(Vc) + k(Vc)
Una vez canceladas todas las partes que contienen a Vc podemos escribir:
m1(Pa,Va) = m2(Pb,Vb)
Mediante una simple repetición del argumento, tenemos que:
m1(Pa,Va) = m2(Pb,Vb) = m3(Pc,Vc)
Y así sucesivamente para cualquier número de sistemas en equilibrio
termodinámico.
Hemos demostrado que para todos los sistemas que se hallen en
equilibrio termodinámico entre sí, existen sendas funciones cuyos valores
numéricos son iguales para cada uno de dichos sistemas en equilibrio. Este
valor numérico puede ser representado con la letra griega θ y será definido
como la temperatura empírica de los sistemas en equilibrio termodinámico.
Así, tenemos que todo equilibrio termodinámico entre dos sistemas es
equivalente a un equilibrio térmico de los mismos, es decir, a una igualdad de
temperaturas empíricas de estos.[9]
6.5.3 ESCALA CELSIUS
Para esta escala, se toman como puntos fijos, los puntos de ebullición y
de solidificación del agua, a los cuales se les asignan los valores de 100 y 0
respectivamente. En esta escala, estos valores se escriben como 100° y 0°.
Esta unidad de medida se lee grado Celsius y se denota por [°C].
49
El grado Celsius, representado como °C, es la unida d creada por Anders
Celsius para su escala de temperatura. Se tomó para el Kelvin y es la unidad de
temperatura más utilizada internacionalmente.
Hasta 1954 se definió asignando el valor 0 a la temperatura de
congelación del agua, el valor 100 a la de temperatura de ebullición, ambas
medidas a una atmósfera de presión y dividiendo la escala resultante en 100
partes iguales, cada una de ellas definida como 1 grado. Estos valores de
referencia son muy aproximados pero no correctos por lo que, a partir de 1954,
se define asignando el valor 0,01 °C a la temperatu ra del punto triple del agua y
definiendo 1 °C como la fracción 1/273,16 de la dif erencia con el cero absoluto.
6.5.4 ESCALA KELVIN O ABSOLUTA
En este caso, la escala fue establecida por la escala kelvin, donde el
valor de 0° corresponde al cero absoluto, temperat ura en la cual las moléculas
y átomos de un sistema tienen la mínima energía térmica posible. Ningún
sistema macroscópico puede tener una temperatura inferior. En escala Celsius
esta temperatura corresponde a -273 °C. Esta unidad de medida se lee Kelvin y
se denota por [K]. Esta unidad se llama también Escala Absoluta y es también
la unidad adoptada por el Sistema Internacional de Unidades [9].
Dado que 0[K] corresponden a -273,15[°C], se puede hallar una fórmula
de conversión, entre la escala Celsius y la escala Kelvin, de la siguiente forma:
T = tc - 273,15°
Donde la letra T representa la temperatura en Kelvin y la letra tc
representa la temperatura en grados Celsius.
50
6.5.5 ESCALA FAHRENHEIT
En esta escala también se utilizaron puntos fijos para construirla, pero en
este caso fueron los puntos de solidificación y de ebullición del cloruro amónico
en agua. Estos puntos se marcaron con los valores de 0 y 100 respectivamente.
La unidad de esta escala se llama grado Fahrenheit y se denota por [°F]. Dado
que en escala Celsius, los valores de 0[°C] y 100[° C] corresponden a 32[°F] y
212[°F] respectivamente, la fórmula de conversión d e grados Celsius a
Fahrenheit es:
tf = tc + 32°
Aquí el símbolo tf representa la temperatura en grados Fahrenheit y el
símbolo tc representa la temperatura en grados Celsius.
6.5.6 CONVERSIÓN DE TEMPERATURAS
A veces hay que convertir la temperatura de una escala a otra. A
continuación encontrará cómo hacer esto
1. Para convertir de ºC a ºF use la fórmula: ºF = ºC x 1.8 + 32.
2. Para convertir de ºF a ºC use la fórmula: ºC = (ºF-32) ÷ 1.8.
3. Para convertir de K a ºC use la fórmula: ºC = K – 273.15
4. Para convertir de ºC a K use la fórmula: K = ºC + 273.15.
5. Para convertir de ºF a K use la fórmula: K = 5/9 (ºF – 32) + 273.15.
6. Para convertir de K a ºF use la fórmula: ºF = 1.8 (K – 273.15) + 32.
51
6.6 PRESIÓN BAROMÉTRICA O ATMOSFERICA
La presión Barométrica es la presión ejercida por el aire atmosférico en
cualquier punto de la atmósfera. Normalmente se refiere a la presión
atmosférica terrestre, pero el término es generalizable a la atmósfera de
cualquier planeta o satélite.
La presión Barométrica en un punto coincide numéricamente con el peso
de una columna estática de aire de sección recta unitaria que se extiende desde
ese punto hasta el límite superior de la atmósfera. Como la densidad del aire
disminuye conforme aumenta la altura, no se puede calcular ese peso a menos
que seamos capaces de expresar la variación de la densidad del aire ρ en
función de la altitud z o de la presión p. Por ello, no resulta fácil hacer un cálculo
exacto de la presión atmosférica sobre la superficie terrestre; por el contrario, es
muy fácil medirla.
La presión Barométrica en un lugar determinado experimenta variaciones
asociadas con los cambios meteorológicos. Por otra parte, en un lugar
determinado, la presión atmosférica disminuye con la altitud, como se ha dicho.
La presión atmosférica decrece a razón de 1 mmHg o Torr por cada 10 m de
elevación en los niveles próximos al del mar. En la práctica se utilizan unos
instrumentos, llamados altímetros, que son simples barómetros aneroides
calibrados en alturas; estos instrumentos no son muy precisos.
La presión Barométrica normalizada, 1 atmósfera, fue definida como la
presión atmosférica media al nivel del mar que se adoptó como exactamente
101 325 Pa o 760 Torr. Sin embargo, a partir de 1982, la IUPAC recomendó
que se trata de especificar las propiedades físicas de las sustancias "el
estándar de presión" debía definirse como exactamente 100 kPa o
(≈750,062 Torr). Aparte de ser un número redondo, este cambio tiene una
52
ventaja práctica porque 100 kPa equivalen a una altitud aproximada de 112
metros, que está cercana al promedio d
de
e 194 m de la población mundial.
mundial [10]
6.6.1 ECUACIÓN ALTIMÉTRICA
La ecuación altimétrica establece una relación entre la altitud de un lugar
(altura sobre el nivel del mar) con la presión atmosférica en ese lugar.
Para deducir una expresión elemental de la ecuación altimétrica, será
suficiente con suponer que el aire se comporta como un gas ideal o perfecto y
que su densidad viene dada en función de la presión
y de la temperatura
por:
Donde
es la masa molar media del aire (28,9
28,9 g/mol). Entonces,
sustituyendo la densidad en la expresión
Se sigue
En una
na primera aproximación, se puede considerar constante la
temperatura en el intervalo de integración (atmósfera
(atmósfera isoterma)
isoterma y que se
desprecia la variación de g en dicho intervalo. En esta condiciones,
condiciones podemos
integrar entre el nivel z=0 (el nivel del mar) y una altura z sobre dicho nivel,
resultando. [10]
53
Donde se ha tenido en cuenta que
.
Así, la presión atmosférica disminuye con la altitud según una ley exponencial:
Tomando los valores normales:
= 1,292 kg/m3,
= 9,80665 m/s2 y
= 760 mmHg = 101 325 Pa,
La constante α toma el valor
≈ 8 000 m
La expresión
nos permite despejar la altitud z en función de la
presión:
(En metros)
Que es la ecuación altimétrica.
altimétrica
6.7 PRESION DIFERENCIAL
Es la diferencia entre dos presiones, puntos C y C'. El vacío es la
diferencia de presiones entre la presión atmosférica existente y la presión
absoluta, es decir, es la presión medida por debajo de la atmosférica (puntos D,
54
D' y D"). Viene expresado en mm columna de mercurio, mm columna de agua o
pulgadas de columna de agua. Las variaciones de la presión atmosférica
influyen considerablemente en las lecturas del vacío.
El campo de aplicación de los medidores de presión es amplio y abarca
desde valores muy bajos (vacío) hasta presiones de miles de bar.
La restricción de fluido produce una caída de presión después de esta, lo
cual crea una diferencia de presión antes y después de la restricción. Esta
diferencia de presión
tiene relación con la velocidad del fluido y se puede
determinar aplicando el Teorema de Bernoulli, y si se sabe la velocidad del
fluido y el área por donde esta pasando se puede determinar el caudal
La ecuación de Bernoulli es una de la más útiles y famosas en la mecánica de
fluidos y su principio físico es utilizado para medir el caudal.
El teorema de Bernoulli eestablece que la energía mecánica de un fluido,
medida por energía potencial gravitacional, la cinética y la de la presión es
constante. [12]
Constante
Figura 18. Ecuación y esquema de Bernoulli.
55
6.7.1 TUBO VENTURI
Este consta en sus extremos de dos entradas en las cuales existe una
boquilla, el fluido pasa por la boquilla, generalmente se hace de una sola pieza
fundida y tiene específicamente los siguientes elementos:
Una sección aguas arriba, de igual diámetro que la tubería y provista de
un anillo de bronce con una serie de aberturas piezométricas para medir
la presión estática en esa sección.
Una sección cónica convergente; una garganta cilíndrica provista
también de un anillo piezométrico de bronce.
Una sección cónica con una divergencia gradual hasta alcanzar el
diámetro original de la tubería. Los anillos piezométricos se conectan a
uno y otro extremo, respectivamente, de un manómetro diferencial.
El tamaño del tubo de Venturi se especifica mediante el diámetro de la
tubería en la cual se va a utilizar y el diámetro de la garganta; por ejemplo, un
tubo de Venturi de 6" x 4" se ajusta a una tubería de 6" y tiene una garganta de
4" de diámetro.
Para que se obtengan resultados precisos, el tubo de Venturi debe estar
precedido por una longitud de al menos 10 veces el diámetro de la tubería.
Al escurrir el fluido de la tubería a la garganta, la velocidad aumenta
notablemente y, en consecuencia, la presión disminuye; el gasto transportado
por la tubería en el caso de un flujo incompresible, está en función de la lectura
en el manómetro. [12]
56
Figura 19. Efecto de tubo Venturi
Con frecuencia en los tubos de Venturi como el que se muestra en la
figura Nº1, se emplea como se ha señalado para medir la velocidad o el caudal
en una tubería. Si se combinan las ecuaciones de continuidad (V1A1 = V2A2) y la
de Bernoulli para encontrar la velocidad en la garganta, se tiene que: ρ =
densidad
La medición de los diámetros y las dos presiones permite determinar la
velocidad y, con ésta y el diámetro de la garganta, el caudal másico. La
velocidad y el caudal másico medido son algo imprecisos debido a pequeños
efectos de fricción, los cuales se omiten en la ecuación de Bernoulli. Para tomar
57
en cuenta tales efectos, en la práctica se introduce un coeficiente multiplicativo,
Cu, que ajusta el valor teórico. Esto es:
Donde el valor de Cu se encuentra experimentalmente. [10]
6.7.2 TUBO PITOT
El tubo de Pitot es quizá la forma más antigua de medir la presión
diferencial y también conocer la velocidad de circulación de un fluido en una
tubería. Consiste en un pequeño tubo con la entrada orientada en contra del
sentido de la corriente del fluido. La velocidad del fluido en la entrada del tubo
se hace nula, al ser un punto de estancamiento, convirtiendo su energía cinética
en energía de presión, lo que da lugar a un aumento de presión dentro del tubo
de Pitot.
Funcionamiento: El orificio del tubo de Pitot toma la presión total y la conduce a
la conexión (a) en la sonda de presión. La presión estática pura se toma desde
una parte lateral y se conduce a la conexión (b). La presión diferencial
resultante es una presión dinámica que depende de la velocidad y que es
analizada e indicada.
58
Figura 20. Tubo Pitot
Formula: Una vez obtenido la diferencia de presiones, y calculado de la
velocidad del fluido según la fórmula que utiliza el tubo de Pitot, es posible a
través de la ecuación de Bernoulli determinar el caudal total que pasa a través
del fluido. [12]
Figura 21. Ecuación de Bernoulli para determinar el caudal de flujo del tobo
Pitot.
59
6.8 HUMEDAD
El aire en la atmósfera se considera normalmente como una mezcla de
dos componentes: aire seco y agua. La capacidad de la atmósfera para recibir
vapor de agua se relaciona con los conceptos de humedad absoluta, que
corresponde a la cantidad de agua presente en el aire por unidad de masa de
aire seco, y la humedad relativa que es la razón entre la humedad absoluta y la
cantidad máxima de agua que admite el aire por unidad de volumen. Se mide
en tantos por ciento y está normalizada de forma que la humedad relativa
máxima posible es el 100%.
Cuando la humedad alcanza el valor del 100%, se dice que aire está
saturado, y el exceso de vapor se condensa para convertirse en niebla o nubes.
El fenómeno del rocío en las mañanas de invierno se debe a que la humedad
relativa del aire ha alcanzado el 100% y el aire no admite más agua. También
se alcanza el la saturación cuando usamos agua muy caliente en un recinto
cerrado como por ejemplo en un baño, en este caso el agua caliente se evapora
fácilmente y el aire de la habitación alcanza con rapidez el 100% de humedad
relativa.
Estos dos fenómenos son diferentes pero ilustran las dos formas en que
puede aumentar la humedad de un recinto: por disminución de la temperatura
ambiental o por aumento de la cantidad de agua en el ambiente. El primero de
los fenómenos se relaciona con el concepto de temperatura de rocío. Si se
mantiene la cantidad de agua en el ambiente constante y se disminuye la
temperatura
llega un momento en que se alcanza la saturación, a esta
temperatura se le llama temperatura del punto de rocío. Cualquier objeto de una
habitación que tenga una temperatura menor que la temperatura de rocío
presenta condensación en sus paredes por este fenómeno. Así ocurre, por
ejemplo, cuando sacamos una lata de bebida del refrigerador, su temperatura
60
es seguramente, menor que la de rocío y observamos como la lata se empaña
de humedad.[11]
6.8.1 PRESIÓN DE VAPOR
La cantidad de vapor presente en la atmósfera se puede expresar por la
presión que ejerce el vapor,
, independientemente de los otros
gases. La
presión total de la atmósfera es la suma de la presión que ejerce el aire seco
más la presión ejercida por el vapor de agua, e (según la ley de Dalton) y la
cantidad máxima de vapor que puede presentarse depende de la temperatura
ambiente. Cuanto mayor sea la temperatura, más vapor puede contener el aire.
Cuando el aire está saturado de vapor de agua, la presión parcial del
vapor de agua,
, depende sólo de la temperatura de acuerdo a la ecuación de
Clausius- Clapeyron (Fig. 6):
Donde T se entrega en [ºC] y el resultado ,
, es en [hPa].
Figura 21. Curva de Clausius-Clapeyron
61
6.8.2 HUMEDAD ABSOLUTA
La humedad absoluta, ρv [g/m3], es la densidad de vapor de agua
contenido en el aire a una temperatura y presión determinados (masa/volumen):
Donde e esta en [hPa] y T esta en [ºK], Rv = 461 [J/ (kg ºK)]. Si el aire está
saturado se tiene ρv = ρvs (
, T).
6.8.3 RAZON DE MEZCLA
La razón de mezcla, r [g/Kg], se define como la razón entre la masa de vapor de
agua, ρv , y la masa de aire seco, ρd:
Donde p es la presión atmosférica (medida en hPa). Si el aire está
saturado se tiene r = rs(
, p).
6.8.4 HUMEDAD ESPECÍFICA
La humedad específica, q [g/Kg], de una muestra de aire húmedo,
representa la cantidad de vapor de agua, ρv, contenida en la masa de aire
húmedo, ρv+ ρd:
Donde p es la presión de atmosférica en hPa. Si el aire está saturado se
tiene q=qs(
, p).
62
6.8.5 HUMEDAD RELATIVA
La humedad relativa, HR [%], es la proporción de vapor de agua real en el aire
comparada con la cantidad de vapor de agua necesaria para la saturación a la
temperatura correspondiente. Indica que tan cerca está el aire de la saturación.
Se mide en porcentaje entre 0 y 100, donde el 0% significa aire seco y 100%
aire saturado:
Notar que HR=HR(e,es (T))=HR(p,T).
6.8.6 TEMPERATURA DEL PUNTO DE ROCIO
La temperatura de punto de rocío, Td, es la temperatura a la cual el aire
se satura si se enfría a presión constante. La Td está únicamente determinada
por la presión de vapor del aire y por lo tanto es la temperatura a la cual la
presión de vapor es igual a la presión de saturación del aire, es decir,
=
(Td).
6.8.7 MÉTODOS DE MEDICIÓN DE HUMEDAD RELATIVA
Medir la humedad relativa y la temperatura de rocío de un recinto no es
tarea fácil. La forma más sencilla es medir lo que se conoce como temperatura
de bulbo seco y temperatura de bulbo húmedo. La temperatura de bulbo seco,
corresponde a la temperatura ambiente, la que se mide habitualmente con un
termómetro de mercurio. [11]
Para medir la temperatura de bulbo húmedo se usa el mismo tipo de
termómetro pero se realiza la siguiente operación. Se rodea el bulbo del
termómetro con una tela humedecida. El aire circulante en la atmósfera choca
con el algodón humedecido y evapora parte del agua. Al evaporarse el agua se
63
absorbe calor latente y esto se logra quitándole calor al bulbo del termómetro.
Entonces la temperatura del termómetro desciende continuamente hasta que el
aire de los alrededores se satura, es decir, no admite más agua. Así la
temperatura permanece en un valor fijo que se denomina temperatura del bulbo
húmedo. El instrumento que mide ambas temperaturas se denomina
psicrómetro (Fig. 22).
Figura 22. Psicrómetro
Conociendo la temperatura del bulbo seco (temperatura normal) y la
temperatura del bulbo húmedo podemos conocer las condiciones ambientales
de humedad. Esto se logra, con la ecuación psicométrica que se obtiene de un
balance de energía entre la energía ocupada en la evaporación y la energía
extraída al enfriar la masa de aire en el entorno del bulbo húmedo:
64
Donde T es la temperatura de bulbo seco, Th es la temperatura de bulbo
húmedo, P es la presión atmosférica (en hPa), Lv es el calor latente de
vaporización, (2500 J/(kg ºK)) y cp es el calor específico del aire a presión
constante (1004,67 J/(kg ºK)).
Una forma de medir en forma directa la humedad relativa es a través de
un higrómetro, este instrumento está basado en la propiedad de algunos
materiales (cabello humano, algodón, seda, papel, etc.) de cambiar su
dimensión física dependiendo de la humedad relativa del aire. Cuando el aire
está seco las células del cabello están juntas unas a otras, pero cuando el aire
está húmedo los espacios entre las células absorben vapor de agua y el cabello
aumenta de grosor y longitud. Este alargamiento es el que se usa para medir la
humedad. En la Figura 23 se muestra un higrómetro mecánico, éste tiene un
haz de cabello cuyo extremo superior está fijado al armazón y el inferior sujeta
un peso.
El peso está conectado por palancas amplificadoras a un sistema de
transmisión que termina en un señalador que, moviéndose sobre una escala,
indica la humedad relativa.
Figura 23. Higrómetro mecánico.
65
También, existen higrómetros basados en el uso de componente
electrónica, que utilizan la capacidad de ciertos materiales de absorber
moléculas de vapor de agua a través de su superficie. Este proceso, al
modificar las propiedades eléctricas de una componente de un circuito
electrónico (resistencia o condensador), permite crear una señal eléctrica que
es proporcional a la humedad. Este tipo de sensor se utiliza en estaciones
meteorológicas automáticas y en equipos de radio sondeos. [11]
6.8.8 MÉTODO HIGROMÉTRICO
El contenido de vapor en el aire se puede caracterizar en términos de la
presión de vapor de agua (e: presión ejercida por moléculas de H2O) y la razón
de mezcla de vapor (r: gramos de vapor por kilogramo de aire seco). Aunque
ambas cantidades cuantifican directamente la humedad, resultan difíciles de
medir en forma directa.
Por otro lado, la presión de vapor de agua en condiciones de saturación
(es) es función exclusiva de la temperatura del aire. Ambas variables se
relacionan a través de la ecuación de Clasius-Clapeyron. Una expresión
aproximada está dada por:
Donde Ta es la temperatura del aire y se expresa en °C y es resulta en hPa.
Alternativamente se puede emplear el grafico que se muestra a continuación.
Empleando la ecuación de gases ideales, se puede mostrar además que
la razón de mezcla de saturación (rs) se obtiene como:
rs = 622*es/(p-es)
Donde p es la presión barométrica (en hPa) y rs resulta en g/Kg.
66
Finalmente, se define la humedad relativa como: HR = 100*e/es
Afortunadamente, la HR se puede medir en forma directa con un
higrómetro, por lo que si se cuenta adicionalmente con una medición de
temperatura del aire y presión atmosférica, se pueden calcular e y r.
6.8.9 MÉTODO DE PUNTO DE ROCÍO
Si se conserva e y disminuye la temperatura (a presión constante) se
llegara un momento en que el aire se satura y las moléculas de vapor comienza
a formar gotitas de agua. La temperatura a la cual ocurre este proceso se
denomina temperatura del punto de rocío (Td), la cual cumple:
es(Td) = e(Ta)
Entonces, si medimos correctamente Td y empleamos la ecuación de
Clasius-Clapeyron obtenemos e. Además, empleando la misma ecuación y
conociendo Ta conocemos es, lo cual nos permite calcular todos los otros
indicadores de humedad (incluyendo HR).
6.8.10 MÉTODO SICROMÉTRICO
Conociendo la temperatura del bulbo seco (temperatura del aire, Ta) y la
temperatura del bulbo húmedo (Tbh) podemos conocer las condiciones
ambientales de humedad. Esto se logra, con la ecuación psicrométrica que se
obtiene de un balance de energía entre la energía ocupada en la evaporación y
la energía extraída al enfriar la masa de aire en el entorno del bulbo húmedo:
67
Donde Ta es la temperatura de bulbo seco, Tbh es la temperatura de
bulbo húmedo, p es la presión atmosférica, Lv es el calor latente de
vaporización, (2500 J/(kg ºK)) y cp es el calor específico del aire a presión
constante (1004,67 J/(kg ºK)).
6.9 LAZO DE CORRIENTE DE 4-20 MA
El lazo de corriente de 4-20 mA se utiliza para las comunicaciones entre
equipos industriales, siendo una alternativa más entre la gran cantidad de
protocolos existentes, pero su sencillez la ha mantenido vigente y por lo mismo
debemos conocer sus componentes que completan el lazo, los tipos de lazo,
rangos de funcionamientos y cables recomendados.
En un sistema de control de lazo cerrado, podemos encontrar que la
entrada de este corresponde al valor deseado de la variable que se quiere
controlar, ya sea temperatura, nivel de líquido, velocidad, etc. La salida
será
el
actuador que afectara el estado de
la
variable que
se
está
controlando, y como retroalimentación será común encontrar sensores, que
tomen el estado actual de la variable a controlar en el sistema. Las señales
analógicas provenientes de estos sensores son susceptibles a ruidos, por lo
que no pueden transmitir su señal a distancias remotas a algún controlador,
PLC o actuador, esto se resuelve colocando transmisores de lazo de corriente
de 4-20 mA. [13]
6.9.1 RAZONES DE USO DE LAZO DE CORRIENTE DE 4-20 MA
• Un sensor es un dispositivo usado para medir magnitudes físicas tales
como temperatura, presión, velocidad, flujo de líquidos, etc.
68
• La transmisión de la información del sensor vía un lazo de corriente es
útil cuando la información tiene que enviarse sobre grandes distancias (300 m o
más)
• El lazo de corriente se encarga de convertir un voltaje suministrado por
el sensor en una corriente proporcional comprendida entre 4 y 20 mA.
• 4 mA representa el nivel de salida cero del sensor y 20 mA representa
la salida de plena escala del sensor.
• Luego, un receptor en un extremo remoto convierte la corriente a un
voltaje que oportunamente será procesado por una computadora, controlador,
PLC.
• Sin embargo, este voltaje conocido como “pérdida del lazo”, no reducen
la corriente de 4 a 20 mA y estas pérdidas pueden ser compensadas por la
alimentación del lazo.
• El valor de la corriente no es afectada en todo el lazo por las caídas de
voltaje en el alambrado: Los electrones originados en el terminal negativo de la
fuente de alimentación del lazo retornan al terminal positivo.
6.9.2 PERTURBACIÓN EN LA TRANSMISIÓN
6.9.2.1 ATENUACIÓN
La energía de una señal decae con la distancia, por lo que hay que asegurarse
que llegue con la suficiente energía como para ser captada por la circuitería del
receptor y además, el ruido debe ser sensiblemente menor que la señal original.
69
6.9.2.2 RUIDO
El ruido es toda aquella señal que se inserta entre el emisor y el receptor
de una señal dada. Hay diferentes tipos de ruido: ruido térmico debido a la
agitación térmica de electrones dentro del conductor, ruido de intermodulación
cuando distintas frecuencias comparten el mismo medio de transmisión,
diafonía se produce cuando hay un acoplamiento entre las líneas que
transportan las señales y el ruido impulsivo se trata de pulsos discontinuos de
poca duración y de gran amplitud que afectan a la señal.
Figura 24. (a) señal sin ruido, (b) señales con ruido.
6.9.3 COMPONENTES DEL LAZO DE CORRINTE
Un circuito de lazo de corriente de 4-20mA, consta de por lo menos 4
elementos: un sensor/transductor, un convertidor de voltaje a corriente también
llamado transmisor o acondicionador de señal, una fuente de alimentación
para el lazo, y un receptor/monitor. [13]
70
Figura 25. Componentes de lazo de corriente.
Los sensores proveen una salida de voltaje cuyo valor representa la
variable física que es medida (por ejemplo, un termopar es un tipo de
sensor que provee un nivel de voltaje muy bajo a sus salida, que puede ser
proporcional a la temperatura a la que es sometida).El transmisor amplifica y
acondiciona
la salida del sensor,
luego convierte el voltaje a un nivel de
corriente directa en un rango de 4-20mA, que circula en serie a través de un
lazo cerrado. El receptor/monitor, normalmente es una sección o parte de un
medidor o sistema de adquisición de datos, que convierte la corriente entre 420mA de regreso a voltaje, el cual podrá ser utilizado en algún proceso
posterior. La salida en el transmisor es de corriente y es proporcional a la
variable física sensada. Se establece que para un lazo de corriente de 4-20 mA:
4mA será la correspondencia a uno extremos de la variable física sensada y
20mA corresponde al extremo opuesto.
La
fuente
de
alimentación
de
lazo, generalmente
proporciona,
cualquier requerimiento de energía tanto al transmisor como al receptor, u
algún otro componente del lazo. Una fuente de 24 Volts, llega a ser un
valor
de
voltaje muy utilizado en aplicaciones de monitoreo de 4-20 mA,
además que 24 Volts es un voltaje utilizado para la alimentación de otros
elementos e instrumentos electromecánicos. [13]
71
También existe el lazo alimentado por fuentes 12 Volts, ya que es un
voltaje típico para sistemas en los que se utilizan computadoras
6.9.4ESTANDAR DE NORMA DE LAZO DE CORRIENTE DE 4-20 MA
La norma lazo de corriente de 4-20 mA tiene su origen en “The
American
National Standards Institute
(ANSI)”
Y
“The
Intrumentations
Systems, and Automation Society (ISA)”. Estás instituciones cuentan con
numerosos documentos referentes a la transmisión de señales, incluyendo la
norma 4-20 mA que puede ser obtenida del ANSI/ISA-S50.1-1982(R1992)
Compatibility of Analog Signals for Electronic Industrial Process Instruments.
6.9.5 TRANSMISOR DE 4-20 MA
Dependiendo de los elementos disponibles para energizar, tanto en el
trasmisor como en el receptor, será el tipo de clasificación que corresponda al
lazo de corriente.
Tipo 2: es un transmisor de 2 hilos, por los que se provee energía y
se extrae la corriente proporcional a la variable sensada. Se considera al
transmisor como flotante, ya que la fuente de alimentación se encuentra
en el receptor así como la señal de tierra.
La fuente de alimentación opera de 5V a 30V y existe un consumo
mínimo de 4Ma correspondientes al valor inicial de la variable sensada.
El
uso
de
2
hilos
facilita
la instalación,
pero demanda
una
electrónica más compleja en el transmisor.
72
Figura 26. Lazo de corriente tipo 2.
Tipo 3 :Es un transmisor de 3 hilos, en el que se alimenta al transmisor
por un hilo adicional, otro hilo corresponde al lazo de corriente y el tercer
hilo es común entre el transmisor, la fuente y el receptor.
En este modo
se obtiene una electrónica más simple en el transmisor, por el uso de un
hilo adicional en las conexiones. [13]
Figura 27. Lazo de corriente tipo 3,
73
Tipo 4: Este transmisor es el resultado de la combinación de los dos
anteriores. Se tiene un transmisor alimentado con una fuente de corriente y
un receptor con carga flotante.
Figura 28. Lazo de corriente tipo 4.
6.9.6 RECEPTOR 4-20 MA.
La parte receptora del lazo de corriente obtiene el nivel de lazo
que se tiene y lo convierte en algún dato útil para su posterior utilización en el
sistema. Regularmente el receptor convierte el lazo en un equivalente a voltaje
y este a su vez pasa por algún convertidor AD, que proporcione el dato
digital. En la mayoría de los procesos, el receptor suele representar para el
lazo una carga resistiva.
6.9.7 CARACTERISTICAS ELECTRICAS DEL LAZO DE CORRIENTE
El lazo de corriente presenta características que lo definen y limitan
en un rango de operación, estás características dependen de la cantidad de
voltaje que lo alimenta y la cantidad de voltaje que necesita el lazo para operar
en función a la distancia del lazo y la resistencia que presente el receptor más
la que genere el cable de lazo.
74
6.9.8 CAÍDAS DE VOLTAJE DEL LAZO DE CORRIENTE
Una de las especificaciones más importantes en un receptor de lazo
(alimentado por el lazo o por algún dispositivo fuera de este), es la
resistencia total que este presenta para la salida del transmisor. La mayoría
de los transmisores especifican la resistencia máxima de lazo, para la cual
pueden generar un lazo de corriente a su salida máxima de 20mA.
Por medio de la ley de ohm es posible encontrar la caída de
voltaje a través de la resistencia de carga en el generador, multiplicando la
resistencia por la corriente que en esos momentos pasa por él, a través de ella.
V = I*R
Donde V será la caída de voltaje en Volts, I la corriente que pase a
través de la resistencia en amperes, y R la resistencia del receptor en Ohms
(Ω).
La suma de las caídas de voltaje ocasionadas por los elementos en serie en
el lazo de corriente y consumo del transmisor y en ocasiones del receptor (si
dependen de una misma fuente de alimentación) debe ser igual al voltaje de
alimentación.
Por ejemplo para una aplicación de lazo alimentado por una fuente de
24 Volts Figura 12, que contiene una resistencia de lazo de 250 Ω, la caída
máxima de voltaje en el lazo será [13]:
Voltaje de caída = 250Ω × 0.020A = 5V
75
Figura 29. Aplicación de lazo de corriente.
6.9.9 RANGO MÁXIMO DEL TRANSMISOR
Teniendo en cuenta el concepto de caída de voltaje, para un
lazo
alimentado por una fuente de 24V, en el que el voltaje mínimo de operación del
transmisor es de 8V y la caída producida por el lazo y el receptor es de
4V,
es
lógico
preguntar por
los
absorbidos completamente por el
12V restantes.
Los 12V extra
son
transmisor ya que la mayoría de
los
monitores/receptores, contienen únicamente una entrada puramente resistiva,
en ocasiones combinada con diodos zener, para controlar la caída del voltaje.
Los transmisores usualmente operan con un voltaje máximo y un voltaje
mínimo.
El voltaje mínimo es
el
que
se requiere para
la correcta
operación del transmisor, mientras que el voltaje máximo está determinado por
el rango máximo de disipación de energía, tal y como ocurre con los rangos
máximos en los semiconductores.
6.9.10 RESISTENCIA DEL CABLE
Debido a que los cables de cobre exhiben una resistencia en DC,
directamente proporcional a la longitud y diámetro del cable, es necesario
considerar el efecto que tiene esta resistencia sobre el desempeño del sistema.
76
En aplicaciones en las que se utilizan dos o más monitores de
lazo conectados a distancias muy largas (300 o 600 metros), hasta 1500 m
como max., normalmente se utilizan fuentes de alimentación de 24V, porque
muchos transmisores requieren de un voltaje mínimo de alimentación de 8V
para su correcta operación. Cuando a estos 8V mínimos se les añade la
caída típica de 3-5V ocasionada por cada proceso receptor y las caídas de 24V ocasionadas por el cableado del sistema e interconexiones, es requerido un
voltaje mínimo de alimentación que fácilmente superará los 16V.
La caída de voltaje a través de un cable se puede encontrar, sí se
multiplica la resistencia total del cable por la corriente que pasa a través de
este. La resistencia total
se puede encontrar
si
se
consulta
las
especificaciones del cable (usualmente es expresada en ohm por kilómetros)
[13].
Figura 30. Calibres recomendados para un mejor funcionamiento.
6.10 PENDIENTE DE LA RECTA
En matemáticas y ciencias aplicadas se denomina pendiente a la
inclinación de un elemento ideal, natural o constructivo respecto de la horizontal
(la tangente inversa del valor de la "m" es el ángulo en radianes).
77
Puede referirse a la pendiente de una recta, caso particular de la
tangente a una curva cualquiera, en cuyo caso representa la derivada de la
función en el punto considerado, y es un parámetro relevante en el trazado
altimétrico
de
carreteras,
vías
férreas,
canales
y
otros
elementos
constructivos.[13]
6.10.1 DEFINICIÓN DE LA PENDIENTE
La pendiente de una recta en un sistema de representación triangular
(cartesiano),, suele ser representado por la letra m,, y es definido como el cambio
o diferencia en el eje Y dividido por el respectivo cambio en el eje X, entre 2
puntos de la recta. En la siguiente ecuación se describe:
(El símbolo delta "∆",
∆", es com
comúnmente
únmente usado en cálculo para representar un
cambio o diferencia).
Dados dos puntos (x1,y1) y (x2,y2),, la diferencia en X es x2 − x1, mientras
que el cambio en Y se calcula como y2 − y1. Sustituyendo ambas cantidades en
la ecuación descrita anteriormente obtenemos:
Donde m representa la pendiente entre el punto 1 y el punto 2. La cual
representa la razón de cambio de y respecto a x, es decir si (x) se incrementa
en 1 unidad, (y) se incrementa en (m) unidades.
Si la pendiente (m) es mayor que 0 se dice que la pendiente es positiva,
si la pendiente es menor que 0 se dice que la pendiente es negativa, si la
78
pendiente es igual a 0 la recta es paralela al eje (x) del plano cartesiano, y si la
pendiente es indefinida la recta es paralel
paralela
a al eje (y) del plano cartesiano.
Se puede obtener la ecuación de la recta a partir de la fórmula de la
pendiente (ecuación punto-pendiente):
punto
Esta forma de obtener la ecuación de una recta se suele utilizar cuando
se conocen su pendiente y las coordena
coordenadas
das de uno de sus puntos, o cuando se
conocen sólo los dos puntos, por lo que también se le llama ecuación de la
recta conocidos dos puntos, y se le debe a Jean Baptiste Biot. La pendiente m
es la tangente de la recta con el eje de abscisas X.[13]
y tiene la
La ecuación
ión de la recta que pasa por el punto
pendiente dada m es:
6.10.2
FORMA
SEGMENTARIA
DE
LA
ECUACIÓN
DE
LA
RECTA
(ECUACIÓN SIMÉTRICA)
Así como a la ordenada al origen se le puede llamar b, a la abscisa al
origen se le puede llamar a.. Si se plantea como problema encontrar la ecuación
de una recta, conocidos a y b (la abscisa y ordenada al origen), se conocen dos
puntos de la recta los cuales son los siguientes:
y
Con estos puntos se puede encontrar dicha ecuación, pero primero se debe
calcular la pendiente:
79
Después se sustituye en la ecuación y − y1 = m(x − x1), usando cualquiera de
los dos puntos, en este caso (a, 0):
Por último se tiene que dividir toda la ecuación entre el término independiente
ab:
Se obtiene la ecuación de la recta en su forma simétrica. Esta ecuación
se suele utilizar para obtener la ecuación de una recta de la que se conocen sus
intersecciones con los ejes y cuando, a partir de la ecuación de una recta, se
desean conocer los puntos donde dicha recta interseca a los ejes.[13]
6.10.3 RECTAS NOTABLES
•
La ecuación de una recta vertical, tal como la v, responde a la ecuación
general x = xv (constante).
80
•
La ecuación de una recta horizontal, tal como la h,
h responde a la
ecuación general y = yh (constante).
•
Una recta trigonoidal, tal como la s,, que pase por el origen O (0,0)
cumplirá la condición n = 0, siendo su ecuación:
•
Dos rectas cualesquiera:
Serán paralelas si y solo si
Serán
perpendiculares
. Además, serán coincidentes cuando:
sí
y
sólo
sí
,
es
decir:
6.10.4 RECTAS QUE PASAN POR UN PUNTO
Determinar las rectas del plano que pasan por el punto
.
La ecuación de la recta ha de ser, como ya se sabe:
Y ha de pasar por el punto
, luego tendrá que cumplirse:
Despejando b,, tenemos esta ecuación:
81
Sustituyendo b en la ecuación general de la recta:
Ordenando términos:
Esta ecuación define un haz de rectas en el plano que pasa por el punto
(x0,y0), el valor de m es la pendiente de cada una de las rectas que forman
parte del haz, m puede tomar un valor real cualesquiera.[13]
6.10.5 RECTAS QUE PASAN POR DOS PUNTOS
Si ha de pasar por dos puntos (x1,y1) y (x2,y2) luego tendrá que cumplirse
Que forman un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas, las incógnitas
son m y b, para resolver este sistema, cambiamos de signo a la segunda
ecuación y sumando las dos ecuaciones:
Agrupando términos:
Despejando m:
82
Este valor, m, es el de la pendiente de la recta que pasa por los dos puntos:
(x1,y1) y (x2,y2).
Despejando ahora el valor de b de una de las ecuaciones del sistema, por
ejemplo de la primera, tenemos:
y sustituyendo m, por su valor ya calculado;
Teniendo las dos incógnitas m y b despejadas, en función de las
coordenadas de los dos puntos por los que tienen que pasar, la ecuación
general de la recta, con los parámetros ya calculados es [13]:
83
VII.PLAN DE ACTIVIDADES
Para obtener los resultados esperados en cualquier clase de proyectos,
es necesario considerar los factores que intervienen para su desarrollo, desde
las variantes como el tiempo, los recursos, tanto monetarios como humanos, los
cambios que se lleguen a presentar debido a las consideraciones del cliente y
una planeación bien estructurada.
Tabla 3. Grafica de Gantt del proyecto
En la tabla anterior se pueden observar las actividades desarrolladas
dentro del proyecto y la duración de cada una, al igual que en la parte superior
se puede ver la duración total que será de 32 días.
84
VIII. RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS
Los recursos tanto materiales y humanos son de vital importancia para el
desarrollo del proyecto, cada uno de los materiales previamente deben de ser
seleccionados de acuerdo a la funcionalidad para lo que fueron diseñados y de
la misma manera el desenvolvimiento de las personas involucradas para el
desarrollo del mismo, tanto en la parte de programación, administración e
instalación son vitales para llevar a cabo la implementación con éxito.
CANTIDAD
RECURSOS HUMANOS
TIPO
1
Integrador
EQUIPOS
Trabajo
1
1
1
1
Laptop con puerto serial RS 232
Agilent 34970A
Cable serial para comunicación.
Software LabVIEW versión 8.5 V.Prueba
Trabajo
Trabajo
Trabajo
Trabajo
3
1
1
1
1
1
1
1
Tarjeta Agilent 34908A 40 canales
Termopar tipo J para hacer pruebas
sensor de temperatura de 4-20mA
sensor de presión de 4-20mA
sensor de humedad de 4-20mA
Fuente de alimentación C.D. Variable
Multímetro
Fuente de corriente de 4-20 mA.
Trabajo
Trabajo
Trabajo
Trabajo
Trabajo
Trabajo
Trabajo
Trabajo
DESCRIPCIÓN
El integrador realiza el desarrollo del programa
y las pruebas necesarias.
Los equipos para realizar el proyecto son los
que se muestran en la tabla y son necesarios
para llevar a el desarrollo de este.
Los sensores son de igual manera para realizar
pruebas ya que el proyecto se implementara
posiblemente a finales año 2011, no hay fecha
concreta.
Se hace mención en la tabla de los materiales
a utilizar, sin embargo para las pruebas solo
se utilizo la fuente de corriente de 4-20 mA.
debido a que los sensores no se tenían
físicamente sin embargo es la señal que se
procesara.
Tabla 4. Recursos materiales y humanos.
85
IX. DESARROLLO DEL PROYECTO
El desarrollo del proyecto se realizara en conjunto con el Centro de
Ingeniería y Desarrollo Industrial (CIDESI). Y para su avance se comenzó a
realizar en las instalaciones de este lugar ubicado en Avenida Pie de la Cuesta
No. 702 Colonia Desarrollo San Pablo, Querétaro, Qro. Ya que en este lugar se
encuentran los equipos como son la DAQ Agilent 34970 A y la tarjeta 34908 A
de 40 canales y con la fuente de corriente y los termopares se realizara las
pruebas de programación.
Posteriormente lo que se pretende efectuar es la implementación de los
equipos de medición y los instrumentos virtuales en conjunto con el CIDESI en
la empresa Siegfried Rhein S.A. de C.V. ubicada en la calle Azaleas #30 en el
Parque industrial Benito Juárez Querétaro, Qro.
9.1 DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE
Para comenzar a realizar la programación del instrumento virtual, lo
primero que se realizo fue conocer el equipo, es decir el tipo de tarjeta DAQ y
su funcionamiento, así como la posibilidad de la comunicación con el entorno de
LabVIEW.
Figura 31. DAQ Agilent 34970 A y 34972 A parte frontal.
86
La figura 31 muestra la DAQ 34970 A Y 34972 A. que en comparación
uno con otro la diferencia fundamental son los puertos que tienen para la
comunicación como se muestra en la figura 32, ya que por lo demás su
funcionamiento es el mismo, con este instrumento se pueden realizar
mediciones te temperatura (t), resistencia (ohm), tensión (V) VCD y VAD se
mostrara una hoja de datos en los anexos para conocer la resolución de estas
mediciones y la linealidad.
Figura 32. En esta ilustración se muestra la diferencia que tienen las DAQ vista
por la parte posterior, en el que solo son los puertos de comunicación de los
que se diferencia uno de otro.
En las figuras anteriores se ha mostrado los equipos o DAQ’S pero estas
a su vez llevan tarjetas que tienen los canales para la adquisición de los datos
como se muestra en la figura 33, estas las hay desde los 16, 20 ó 40 canales,
pero para el desarrollo del proyecto se utilizaran las tarjetas 34908 A de 40
87
canales, para mayor información se anexa al final del documento y las paginas
en donde se pueden encontrar los manuales de las DAQ y la tarjetas.
Figura 33. Tarjeta 34908 A de 40 canales y como se puede ver en el diagrama
la conexión interna.
9.2 FUENTE DE CORRIENTE
La fuente de corriente que se empleo para realizar la simulación de las
señales se armo del siguiente circuito utilizando el integrado LMC6482 la hoja
de datos se colocara en los anexos. La fuente de corriente en este proyecto
toma una parte importante, debido a que realiza la simulación de las señales de
los sensores que entregan su señal en mili Ampere, es decir de 4-20 mA. Que
son los requeridos para la interpretación de las mediciones [3].
88
Figura 34 .Circuito para crear la señal de corriente de 0 a 25 mA. Pero para el
uso requerido se utilizara de 4-20 mA.
Para realizar el diseño de la placa PCB se utilizo el software PCB Wizard
en una versión de prueba, en el cual el diseño quedo como se muestra a
continuación.
Figura 35. Diseño de la Placa de corriente.
Las figuras anteriores se refieren al diseño de la placa PCB en medida
similar a la real y en la cual se utilizo el siguiente material:
89
•
1 Circuito integrado LMC6482.
•
1 Transistor 2N3906.
•
1 Regulador de tensión positiva LM7812
•
1 Capacitor electrolítico de 10uF a 35 V.
•
1 Capacitor electrolítico de 10uf a 25V.
•
2 Capacitores cerámicos de 0.1 uF.
•
1 capacitor cerámico de 100 pF.
•
2 Resistencias de 10 k Ohm.
•
1 Resistencia de 100 Ohm.
•
1 Potenciómetro de precisión Trimpot de 10 k Ohm el cual dará el ajuste
de la corriente de 0 a 25 mA. Se utilizara en ajustes de 4-20 mA para los
propósitos del proyecto.
•
3 Clemas de 2 bornes cada una.
•
1 Placa de cobre para PCB de una cara de 4cm por 3.5 cm.
Una vez terminada la placa se comenzaron a realizar pruebas con esta
fuente de corriente y tomando en cuenta la tabla de la DAQ Agilent 34970 A,
donde se puede observar que para la medición de VcD la mejor respuesta se
encuentra entre los 10 VcD, por lo que se propuso por parte de CIDESI utilizar
ese rango, es decir que se obtendrá la señal en corriente de 4-20 mA, pero la
señal para que pueda ser comprendida por la tarjeta DAQ se necesita convertir
a tensión de VcD y se propuso que fuese hasta los 9 VcD por lo que se realizo
la siguiente operación recordando la ley de Ohm: V = I R
90
PARAMETRO POR ECUACIÓN DE LA RECTA
Si se conoce que la tensión máxima será de 9 VcD y la corriente máxima de
20 mA y la mínima de 4 mA, se realizo el siguiente calculo sustituyendo en la
formula.
V= IR
Sustituyendo los valores máximos conocidos:
9V= (0.020) R
Se despeja la resistencia R para conocerla
R= 9/(0.020)
R=450Ω
Ahora que se conoce la resistencia de carga se realiza la sustitución en
la formula de Ohm para conocer la tensión mínima con la que se trabajara de la
siguiente manera:
V= (0.004)* 450Ω
V= 1.8 V
Ya conocidos los rangos tanto superior e inferior de la siguiente manera:
Cuando se tenga la señal máxima del sensor que será de 20 mA la tensión
máxima será de 9VcD. De igual forma cundo se obtenga la señal mínima del
sensor equivalente a 4 mA se igualara a 1.8 VcD, y dentro de esos rangos se
realizara el parámetro dependiendo del sensor a ocupar.
Por ejemplo, haciendo uso de la teoría de la ecuación de la pendiente
mencionada en capítulos anteriores donde: y=mx+b
Se hará uso de esta fórmula para hacer un parámetro con los valores
obtenidos donde:
91
Corriente máxima, Imax = 20mA. = Tensión máxima, Vmax = 9v
Corriente mínima, Imin = 4mA = Tensión mínima, Vmin = 1.8v
Conociendo los datos anteriores se puede hacer un parámetro de 0 a 100:
X0= 1.8v el valor mínimo de tensión.
Y0= 0 parámetro mínimo, que debe ser igual a la tensión mínima.
X1=9v el valor máximo de tensión.
Y1= 100 el parámetro máximo para cuando se tenga la tensión igualada a 9 v.
Tomando en cuenta los valores anteriores se utiliza la formula y=mx+b
para sustituirla de la siguiente manera :
0= m* (1.8v)+b; despejando queda: b= -m*(1.8v)
De la misma manera se procede como sigue:
100= m*(9V) + (-m*(1.8v)); como se conoce que b= -m*(1.8v) se sustituye.
Entonces
100= m*(9) – m*(1.8)
100= m*(7.2)
Despejando m de la ecuación:
m= 100/7.2 = 13.888
Sin embargo, se utiliza la fracción con fines de evitar las pequeñas
perdidas por los valores del punto y obtener un mejor resultado.
92
Ahora de la primera ecuación que se obtuvo b= - m*(1.8) se sustituye el
valor de m el cual queda de la siguiente manera:
b= - (100/7.2)* 1.8
b= - 25
Tomando nuevamente la ecuación y= mx*b se pueden sustituir los
valores calculados de las ecuaciones anteriores para obtener la ecuación de
parámetro:
y= al valor deseado entre 0 a 100 sabiendo que la tensión será de 1.8v a 9 v y
respectivamente calculados con la corriente de 4 a 20 mA.
Por tanto se tiene:
y= ((12/9)*x)-25
Respectivamente la formula a usar de 0 a 100 con las tensiones de 1.8 a
9v y de 4 a 20 mA, que puede servir para el parámetro de humedad relativa de
0 a 100% de HR.
En la tabla 4 se puede observar que los rangos de tensión de 1.8 a 9
VcD caen dentro de la medición de tensión que nos proporciona mejor
estabilidad, se puede ver resaltado dentro de la tabla.
93
Tabla 4. Rango de tensión a utilizar para las mediciones en DC 10.0 V [3]
9.4 CONFIGURACIÓN DEL AGILENT 34970 A UTILIZADA PARA EL
PROYECTO
La configuración que con la que se realizaron las pruebas se describen a
continuación, además de una imagen tomada del manual de usuario para
facilitar la comprensión.
94
Figura 36. Panel frontal del instrumento Agilent 34970A
Figura 37. Paso 1 de la configuración de la DAQ.
95
En la imagen anterior se muestran los botones del panel frontal que se
deben de pulsar para la configuración del puerto de comunicación, se debe de
pulsar el botón shift seguido de Sto/Rcl y en el display del instrumento se
observara el puerto por el cual se realizara la comunicación, para las pruebas
pulsamos hasta encontrar el puerto RS-232, también se selecciona la velocidad
de transmisión Baude Rate y el Flow Control, si estos datos no se ingresan
idénticamente no se realiza la interface entre el instrumento y la PC, para
continuar con la configuración se presiona nuevamente el botón Sto/Rcl, (si no
se presiona en 20 segundos no se realiza el cambio de la configuración y
regresa a la indicación del display que se tenía antes de iniciar la
configuración).
Figura 38. Paso 2 de la configuración de la DAQ.
Para la selección del canal o canales a configurar se rota la perilla hasta
encontrar el o los canales con los que se trabajara, cabe mencionar que para el
slot 1 inicia desde el 101, donde el primer digito indica que es el slot 1 con el
dispositivo o canal 01, es decir que si queremos ver o configurar el canal 40 se
tendría que girar la perilla hasta encontrar el número 140 es decir el slot 1 con
el dispositivo 40, de la misma manera si se usaran los slots 2 y 3 que sus
respectivos números serian 200 y 300 con la misma configuración, tomando en
cuenta que el primer número indica el slot recordando que el Agilent 34970 A
tiene 3 slots. Para guarda cada cambio hecho en el instrumento se debe de
96
presionar Sto/Rcl y pasara a la siguiente configuración, que también se incluye
la selección de la medición de tensión ya sea en VcD o VcA, también para
temperatura termopar o RTD y depues de cada selección se debe de presionar
Sto/Rcl.
Figura 39. Paso 3 de la configuración de la DAQ.
Para que sean guardados y validos los cambios realizados se debe
presionar por ultimo Sto/Rcl y en la pantalla se desplegara DONE, indicando
que los cambios se guardaron correctamente conforme a la configuración que
se realizo.
Figura 40. Paso 4 de la configuración de la DAQ.
9.5 DESARROLLO DE VI PROTOTIPO PARA LA ADQUISICIÓN DE DATOS
Para comenzar el desarrollo del instrumento virtual (Vi), se comenzaron a
buscar información acerca de la comunicación de la DAQ al LabVIEW y las
configuraciones necesarias para el puerto serial RS 232. En la página oficial de
National Instrument, se encontraron los VI´s para generar la comunicación entre
la DAQ y el software, que siguen una jerarquía de programación.
97
9.5.1 COMPONENTES DE UN CONTROLADOR DE INSTRUMENTOS
Todos los componentes en la librería poseen la misma jerarquía básica
de VI. La jerarquía, secuencia de VI’s y manipulación de error son las mismas
que aquellas empleadas en otras áreas de E/S en LabVIEW, tales como
archivos I/O, DAQ, TCP/IP, entre otras. La figura 41 muestra la jerarquía de un
controlador de instrumentos [2].
Figura 41. Jerarquía de controlador de instrumentos.
Las funciones de alto nivel son construidas a partir de las funciones de
bajo nivel. Para un mayor control sobre el instrumento. Las funciones de alto
nivel son fáciles de usar y poseen paneles frontales más ligeros que los
asemejan al instrumento. Los controladores de instrumentos poseen VI’s de las
siguientes categorías:
98
Initialize: Inicializa en canal de comunicación con el instrumento.
Este VI también puede realizar una pregunta de identificación y resetear la
operación y puede realizar cualquier acción necesaria para colocar el
instrumento en su estado por defecto de encendido u otro estado especificado.
Configuration: Configura el instrumento para realizar operaciones, tal como
configuración de velocidad de disparo.
Action/status: contiene dos tipos de VI’s. Los VI’s de acción hacen que el
instrumento inicialice o termine operaciones de prueba y medición.
Los VI’s de estado obtienen el estado actual del instrumento o el estado de
operaciones pendientes.
Data: transfiere datos desde o hacia el instrumento, tal como leer una forma de
onda medida desde el instrumento y libera los recursos para este.
Todos los controladores de instrumentos de National Instrument son
requeridos para implementar las funciones: inicializar, cerrar, reset, auto
prueba, preguntas de error y preguntas de revisión [2].
9.5.2
ENTRADAS
Y
SALIDAS
DE
VI’S
CONTROLADORES
DE
INSTRUMENTOS
Como todos los controladores de instrumentos comparten una jerarquía
común de VI, ellos también comparten entradas y salidas comunes y se puede
ver en la siguiente figura dado los colores del cable y el tipo de dato [2] (fig.42).
99
Figura 42. Ejemplo de entradas y salidas comunes de los Vi´s
9.5.3 VI VOLTAGE MONITOR
Para realizar el instrumento para la DAQ Agilent se empleo un ejemplo
que se encuentra en el manual de LabVIEW llamado Voltaje monitor. Este
ejemplo adquiere una medición de voltaje DC desde el simulador de
instrumentos de NI, una vez por segundo y muestra una grafica de forma de
onda. A medida que cada valor es adquirido, el VI compara este con los valores
previos máximo y mínimo continuamente en el panel frontal.
Figura 43. Ejemplo de VI voltaje monitor panel frontal y diagrama de bloques.
100
Posteriormente con esta información se desarrollo el VI para la
adquisición de datos con la tarjeta DAQ Agilent 34970 A, que se muestra en la
figura 44, en el cual se puede apreciar que las configuraciones son parecidas o
iguales al VI de ejemplo que se vio en la figura 43, sin embargo este nuevo VI
sufrió algunas cambios para poder hacer mas practico el instrumento virtual y
tenga un uso mejorado, para las aplicaciones requeridas ya que el vi de Voltage
Monitor del manual utiliza un simulador y en este caso se obtienen mediciones
con el instrumento físico [2] .
Figura 44. Adaptación del VI para medición de temperatura con la DAQ Agilent
34970 A, panel frontal y diagrama de bloques.
101
Después se realizaron algunas pruebas con este instrumento, para
adquirir mediciones de temperatura, cabe mencionar que se realizaron en
conjunto con la DAQ, con resultados mínimos, pero esperados, ya que este VI
de la figura 19 es básico, pero no por ello es de bajo nivel, ya que al estar
utilizando sub VI’s este pasa a ser un VI de alto nivel, bajo una configuración
pero básica.
Después de realizar una base del VI como se mostro en la figura 44, se
comenzó a realizar varias modificaciones para obtener un panel frontal como se
muestra en la figura 45, en el cual tiene indicadores para limites superior e
inferior y la configuración para estos a través de unos controles de tipo perilla,
se anexa también una tabla de mediciones en la cual se muestran los datos
adquiridos durante la sesión, de igual manera se encuentran los botones de
configuración del puerto , el tiempo de la adquisición, la velocidad de los
baudios de transmisión de información y el flujo de control, también se cuenta
con un botón de stop que para la ejecución del VI, se puede encontrar además
las unidades en las que se quiere obtener la medición, la lista de escaneo de
los canales y el tiempo de retardo de cada medición dada en minutos.
9.5.4 INICIALIZAR EL VI PARA ADQUIRIR DATOS CON LA DAQ AGILENT
34970A
Para poder iniciar se debe de realizar la configuración en el control de
Visual Resourse Name, en este se muestra la o las conexiones disponibles
entre la PC y el instrumento de medición, se usara el puerto serial que aparezca
con el nombre de algún COM seguido de un numero, se selecciona y se da
Enter desde la PC.
102
Se tiene en el panel frontal el botón de RUN que es la flecha blanca en la
barra de ejecución, al presionarse inmediatamente pide la ubicación para
guardar los datos adquiridos en un archivo de texto.
Después hay que configurar el puerto serial y como se había mencionado
en la parte de configuración de la DAQ estos valores deben de ser los mismos,
ya que de lo contrario se producirá un error de comunicación y no se podrán
visualizar ninguno de los datos hasta ingresar los datos correctos.
El siguiente paso es darle el tiempo de adquisición de datos, en el control
de Time Delay en el cual podemos ingresar el número de minutos en el que se
desean adquirir las mediciones, este va desde un minuto hasta 60 minutos
dependiendo del tiempo de muestreo que requiera el usuario.
A continuación se ingresan el o los canales para tomar la medición,
previamente se deben de configurar en la DAQ los que se desean utilizar y
desde este control se habilitan para que el Vi registre las lecturas, cabe
mencionar nuevamente que se debe de ingresar el numero del slot y el canal
como por ejemplo el 101; esto indica que se utilizara el slot 1 del canal 01, si
fuese necesario ingresar más canales se puede realizar separando con una
coma (,) uno del otro por ejemplo si se requiere el canal 1,2,3,5,10 del slot 1 y el
1,2,3 del slot 2 y el 1,2 del slot 3 se tendrían que ingresar así:
101,102,103,105,110,201,202,203,301,302 así sucesivamente de acuerdo a los
canales que se necesiten ocupar, esto si se requiere de esta manera, otra
forma para poner un intervalo de canales es utilizando dos puntos (:) y
colocando el numero del canal desde y hasta el que se requiere leer, como por
ejemplo desde el 101 hasta el 135, se escribiría 101:135, que se leerán los
canales 1 hasta el 35.
103
Ya hechas las anteriores configuraciones se pasa a los limites, en los
cuales se puede elegir el rango en el que se desea realizar la medición e
indicados por dos alarmas en la parte superior que se iluminan cuando el límite
de alguna de las mediciones ha sobrepasado. Para configurar las perillas se
puede dar doble clic en el display digital que se encuentra de bajo de cada
perilla y se auto ajusta al rango que se desea medir, ya sea en el máximo o en
el mínimo.
Ya realizadas las configuraciones y acordes al instrumento se presiona
el botón RUN de la barra de ejecución y esta a su vez al iniciar el Vi abre una
ventana para guardar el registro de la hoja de datos adquiridos en la ruta
especificada que el usuario elija, y el Vi inicia las mediciones, más adelante se
mostrara el ejemplo de la ejecución del Vi.
104
Figura 45. VI para adquisición de Datos del Agilent 34970 A desarrollado en
LabView.
En la figura 46, se muestran los cambios que se realizaron al diagrama
de bloques para obtener mejores resultados en la adquisición de datos del
instrumento.
Los cambios añadidos al Vi de Voltage Monitor son los que se aprecian
en el diagrama de bloques, en el que se le adiciono una tabla para que sean
visualizadas en el panel frontal las mediciones que se han realizado, adema de
los Sub Vis para guardar los datos en una hoja de datos, el Time Delay para
105
ajuste del tiempo de las mediciones y de igual manera una formula de nodo en
donde se hace el parámetro de los datos de entrada y salida con los valores de
tensión requerida que son de 4-20 mA generados con la fuente de corriente. Y
nos entrega una tensión de 1.8 a 9 VcD que son los que se procesan esto
gracias a la resistencia de carga de 450 Ohm, (esta parte se explicara un poco
más a detalle).
Figura 46. Diagrama de bloques modificado.
106
Cuando se manda a ejecución el VI, despliega una ventana para realizar
el guardado de las mediciones en un archivo en el cual se le asigne un nombre
como se muestra en la (fig. 47).
Figura 47. Inicio de ejecución del VI, guardado de documento.
107
A continuación se muestra el VI con en ejecución figura 48, en el cual se
muestra que la medición supera el límite establecido en alto y se enciende el
indicador del nivel, en la tabla se muestran las mediciones realizadas.
Figura 48. VI en ejecución, en el cual se observa el disparo de la medición que
sobrepasa el nivel alto y se enciende el indicador de alarma.
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X. RESULTADOS OBTENIDOS
A
través del desarrollo del proyecto se han realizado diferentes
modificaciones, más concretamente al instrumento virtual desarrollado en
LabView, esto debido a las mejoras que se le realizaron y que aun después del
término de la estadía se le estarán realizando, sin embargo los resultados
obtenidos han sido sumamente importantes. Al inicio del proyecto no se tenía
comunicación del instrumento DAQ Agilent 34970 A con el programa LabView
debido a los protocolos de comunicación y revisando tanto el software y el
Hardware se pudo realizar la comunicación a través del puerto serial RS232
como un primer paso e importante a su vez para el desarrollo de este proyecto
gracias a los Vis existentes en la página de National Instrument para la DAQ
que se utilizo.
Se comenzó a realizar el desarrollo del Vi que obtiene las mediciones en
base a un ejemplo encontrado en el manual de LabVIEW que fue sufriendo
modificaciones
para adaptarlo a lo requerido como se explico en capítulos
anteriores, se obtuvo lo que es la medición en el tiempo requerido desde 1 a 60
minutos definido por el usuario, así también guardar los datos obtenidos en un
archivo de texto además que parte de la configuración de la DAQ se realiza
desde el instrumento virtual así como se planteo en los objetivos.
Para obtener las señales requeridas se armo una fuente de corriente que
da señales desde los 0 a los 25 mA, por lo que solo se utilizo de el rango de 4 a
20 mA que es lo que los sensores deben de entregar como señal de salida, esto
debido a que no se conto con los sensores, sin embargo sirvió para simularlos
si problema alguno como se vio en las pruebas de realizadas con la DAQ y
LabVIEW.
109
XI. ANÁLISIS DE RIESGO
Dentro de los proyectos surgen imprevistos, por muy pequeños que
parezcan pueden resultar significativos para el desarrollo, aun así cuando la
planeación se lleve de la mejor manera.
Parte de las limitaciones del proyecto se dio con el uso del equipo
Agilent 34970A,
debido a que
solo se podían realizar las pruebas en el
CIDESI ya que el equipo es delicado y no se podía sacar para realizar pruebas
por fuera del sitio, sin embargo se facilito la entrada a este lugar para realizar
las pruebas necesarias, sin embargo como no se cuenta con los sensores se
hizo una fuente de corriente para realizar la simulación de los sensores y en la
empresa SIAB no se contaba con el presupuesto para comprar los sensores
para las pruebas, por ello se desarrollo la fuente de corriente para amortizar
ese gasto.
110
XII. CONCLUSIONES
Dentro del proyecto realizado se obtuvieron resultados satisfactorios,
más en concreto encaminados al objetivo descrito en la primera parte del
presente trabajo.
Uno de estos resultados consiste en la comunicación entre el software y
el hardware a través del puerto serial RS-232, que en un principio resulto
insatisfactorio debido los protocolos de información, sin embargo fueron
resueltos sin mayor problema, y esto dio paso a proseguir con el desarrollo de
un Vi de prueba que fuese capaz de obtener mediciones de temperatura a
través de un termopar tipo J.
Posteriormente ya con el desarrollo de un instrumento base lo que se
realizo fue la modificación sobre este Vi para obtener mejores resultados, tanto
en adquisición de datos como son mediciones de tensión directa VcD,
configuración del instrumento, Canales de lectura, visualización de las señales y
guardado de datos obtenidos. Cabe mencionar que para la adquisición de datos
se realizo con una fuente de corriente debido a que no se contaba con los
sensores, sin embargo, esto no afecta al proceso de adquisición debido a que
los sensores que se pretenden utilizar entregan este tipo de señal de 4-20mA
que serán convertidas a tensión de 1.8 a 9 VcD respectivamente e interpretadas
por el Vi en cuestión para entregar una señal correspondiente a la medición
realizada.
Es importante señalar que existe la posibilidad de realizar mejoras al
instrumento virtual para lograr un mejor desempeño, las cuales se llevaran a
cabo aun después de la entrega de este proyecto.
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XIII. RECOMENDACIONES
Para llevar a cabo proyectos similares
es importante conocer los
fundamentos necesarios para llevar un desarrollo concreto de lo que se quiere,
así como los materiales y herramientas necesarios para poder obtener éxito,
cabe mencionar que como se ha visto en el desarrollo no se conto con los
sensores, sin embargo se opto por una alternativa funcional, en cuanto a la
fuente de corriente que sirvió para simular señal de las variables, es decir que si
no se cuenta con los materiales o equipos necesarios , se puede optar por
encontrar soluciones que no afecten el proceso.
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XIV. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[ 1 ] Juárez Morales (2008). “Implementación de un laboratorio virtual con ayuda
de LabVIEW, al curso de circuitos eléctricos”.
[ 2 ] LabVIEW (2003). “ LabVIEW Básico I introducción manual del curso “.
[ 3 ] Ray Corson (2003). “Agilent 34970A”. User´s Guide”.
[ 4 ] Wikipedia. The free encyclopedia. “Puerto serial”
[ 5 ] Euskalnet. “ RS-232”.
www.euskalnet.net/shizuka/rs232.htm
[ 6 ] UPCT. “Sensores”
www.isa.cie.uva.es/~maria/sensores.pdf
[ 7 ] UVA. “Sensores”
www.dte.upct.es/personal/jsuardiaz/docencia/Sensores/TeoriaSensores.htm
(sensores)
[ 8 ] Instrumentación FIE. “Termopar”.
http://lc.fie.umich.mx/~jfelix/Instr_sep05-feb06/AIB/Instru4.htm
[ 9 ] Gobierno de Canarias. “Termodinámica”.
www.gobiernodecanarias.org/educacion/3/Usrn/fundoro/web_fcohc/005_public
aciones/mhc/mhc_htm/mhc9_termodinamica.htm
[ 10 ] Industria y negocios. “Presión”.
www.industriaynegocios.cl/Academicos/AlexanderBorger/Docts%20Docencia
/Seminario%20de%20Aut/trabajos/trabajos%202003/Sem%20Aut%20%20Caud
al/web-final/Medidores%20Diferenciales.htm
[ 11 ] Compean. “Humedad”.
http://compean.mx.tripod.com/Archivos/Humedad.htm humedAD)
[ 12 ] Monografías. “Presión diferencial”.
www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtml?monosearch
[ 13 ] COMIND “Lazo de corriente de 4-20 mA”
www.comind.cl
[ 14 ] Wikipedia. The free encyclopedia. “Pendiente de la recta”
www.wikipwdia.com
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