Universidad Politécnica Salesiana Sensores y transductores Prácticas de Laboratorio Carlos Luis Aguilar Jaramillo Periodo (55) 2019-2020 Práctica 1. Ensayo de resortes a compresión Procedimiento 1. Encender la computadora y el grupo oleo - hidráulico. 2. Colocar el resorte nuevo centrado entre los platos de compresión. 3. Poner a punto la distancia entre los platos de compresión, esto sería a una distancia Lf, como se observa en la Figura 4. Ingresar la longitud de ensayo y del resorte en el software Lf−Ls=y. 5. Iniciar el ensayo de compresión de resortes desde el software. 6. Guardar los datos de la gráfica obtenida mediante el software. 7. Con las coordenadas de fuerza - desplazamiento obtenidas mediante el software, 8. Graficar manualmente y mediante un software la curva de fuerza - deflexión 9. Comprobar que la tasa del resorte k se mantiene lineal del 15 % al 85 % de su deflexión máxima y que fuera de este rango no lo es. 10. Determinar y de trabajo del resorte mediante la gráfica obtenida. 11. Ajustar una curva lineal mediante mínimos cuadrados, para obtener la constante k del resorte. 12. Comparar los resultados obtenidos durante la práctica con los datos del resorte. 13. Repita el ensayo desde el ítem 2, pero ahora emplee un resorte usado Distancia con 10 mm Figura 1. Grafica Fuerza – Distancia. Figura 2. Grafica Fuerza – Presión. Figura 3. Grafica Presión - Distancia. Distancia 20 mm Figura 4. Grafica Fuerza – Distancia. Figura 5. Grafica Fuerza – Presión. Figura 6. Grafica Presión - Distancia. Distancia con 30 mm Figura 7. Grafica Fuerza – Distancia. Figura 8. Grafica Fuerza – Presión. Figura 9. Grafica Presión - Distancia. Figura 10. Banco de trabajo de la práctica. Conclusiones, observaciones y recomendaciones Se pudo ver y observar que al momento de incorporar los resortes, en el caso de un resorte usado se pudo observar que las medidas del mismo no son iguales en cada momento debido su uso y a que este ya ha sido sometido a fuerzas que hacen que que el material no actué como si fuera nuevo. Además del 15% al 85% este actúa de manera lineal. Se recomienda en caso de que la DAC presente alguna casualidad desconectarla y proceder a conectarla para que esta pueda hacer el adecuado registro de información. Se puede determinar que mediante el experimento y la obtención de datos podemos hallar el valor de k con lo cual podemos realizar un experimento de ingeniería inversa ya que al utilizar la obtención de múltiples datos Podemos encontrar el valor de k. BIBLIOGRAFÍA [1] R. L. Norton, Diseño de Máquinas, 1st ed. México: Pearson, 1998. [2] R. Mott, Machine elements in mechanical design. Prentice Hall, 1999. [3]F. T. Ruck, “Fundamentos de instrumentación,” Programa de formación técnico universitario industrial mención instrumentación y control automático, Universidad Técnica Santa María, Santiago de Chile, 2009. [4]Burster technical product information, Tension and compression load cell - Model 8524, Burster, Germany, 2012. Práctica 2. Sensores de proximidad Procedimiento. 1. Encender la computadora y el armario eléctrico BJAS-2012-09. 2. Realizar las pruebas con los sensores de proximidad inductivo, capacitivo, ultrasónico y fotoeléctrico, siguiendo los siguientes pasos: Colocar una probeta sobre la porta probetas a 0°. Manualmente con el micrómetro aleje y acerque una probeta del sensor para encontrar la distancia de detección, la distancia de restablecimiento y la histéresis. Con los datos obtenidos con la ayuda del software llenarlas siguientes tablas. Repetir el proceso desde el ítem a), para todos los materiales descritos en la siguiente tabla. Repetir el proceso desde el ítem a), pero ahora colocar las probetas a 45°. 3. Escoger un sensor de proximidad y describir una aplicación en nuestro medio. TABLAS DE MEDICIONES MEDICIONES CAPACITIVO Material Orientaci Detección Restablec A1 Histeresis [%] Plástico 45º NaN NaN NaN Plástico 0º 0,91 1,1 20,88 Vidrio 45º 4,21 4,22 0,24 Vidrio 0º 3,32 3,57 7,53 Acero 45º 6,92 2,8 -59,54 Acero 0º 5,56 5,9 6,12 Aluminio 45º 6,61 5,41 -18,15 Aluminio 0º 5,61 5,94 5,88 Tabla1. Datos para sensor capacitivo MEDICIONES INDUCTIVO Material Orientaci Detección Restablec Histeresis [%] A1 Aluminio 45º NaN NaN NaN Aluminio 0º 2,03 2,28 12,32 Plástico 45º NaN NaN NaN Plástico 0º NaN NaN NaN Vidrio 45º NaN NaN NaN Vidrio 0º NaN NaN NaN Acero 45º 3,67 3,94 7,36 Acero 0º 3,99 4,44 11,28 Tabla 1. Datos para sensor inductive MEDICIONES ULTRASONICO Material Orientaci Detección Restablec Histeresis [%] A1 Acero 45º NaN NaN NaN Acero 0º 6,38 6,7 4,93 Aluminio 45º NaN NaN NaN Aluminio 0º 6,28 6,55 4,33 Plástico 45º NaN NaN NaN Plástico 0º 10,43 10,74 3,01 Vidrio 45º NaN NaN NaN Vidrio 0º 18,29 19,25 5,25 Tabla 2. Datos para sensor ultrasonido MEDICIONES OPTICO Material Orientaci Detección Restablec Histeresis [%] Vidrio 45º 0,75 39,41 5154,67 Vidrio 0º 24,75 24,93 0,73 Acero 45º 32,99 31,9 -3,3 Acero 0º 31,31 31,32 0,03 Aluminio 45º 34,19 22,49 -34,22 Aluminio 0º 36,52 36,61 0,23 Plástico 45º 31,78 NaN NaN Plástico 0º 33,67 33,71 0,12 A1 Tabla 3. Datos para sensor optico DATOS OBTENIDOS MEDIANTE EL SOFTWARE Figura 1. Actvacion de los diferentes sensores a los 90 grados con diferentes materiales. Figura 1 Activación de los diferentes sensores a los 45 grados con diferentes materiales. Figura 2 Plastico aluminio acero y vidrio puesto en la posicion de 90 grados Figura 3 Colocacion de los materiales en la posicion de aluminio, plastico, vidrio y acero colocados en una posicion de 90 grados en la ubicacion de los sensores de inductivo, capacitivo, optico y ultrasonico. Figura 4 Colocacion de los materiales en la posicion de aluminio, plastico, vidrio y acero colocados en una posicion de 45 grados en la ubicacion de los sensores de inductivo, capacitivo, optico y ultrasonico. Conclusiones, observaciones y recomendaciones. Se puede determinar que los sensores pueden captar de la mejor manera posible con ciertos materiales y con otros no por lo cual al momento de quererlos implementar con ciertos materiales se debe de considerar el mismo para que estos funcionen de la mejor manera posible y a su vez considerando el ángulo al cual van estos a funcionar. BIBLIOGRAFÍA [1] R. Llopis, J. Pérez, and C. Latorre, Automatización industrial, 1st ed., 2010. [2] Automation/Allen-Bradley, Rockwell, Manual de capacitación fundamentos del sensado o detección de presencia, 2000. [3] B. Lipták, Process measurement and analysis. Chilton book company, 1995, vol. 788. [4] Wikipedia, la enciclopedia libre, http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_inductivo “Sensor inductivo,” 2012. [Online]. Available: Práctica 3. Sensores de desplazamiento lineal Procedimiento A continuación se describe el procedimiento a seguir para determinar la constante k experimentalmente. 1. Encender la computadora y el armario eléctrico BJAS-2012-08. 2. Con el software ya en operación, desplazarla placa de medición hasta 0mm, debe tomarse como referencia el encoder incremental ya que es de mayor precisión. 3. Encerar todos los sensores de desplazamiento lineal mediante el software y dar inicio a las pruebas de los sensores de desplazamiento lineal. 4. De incrementos de cada cinco milímetros, tomando como referencia el sensor de desplaza- miento encoder incremental y llene la siguientes Tablas 5. Calcule el error relativo y la incertidumbre de cada medición y anótelas en las Tablas 6. desplaza- miento lineal. Medidas tomadas de la práctica Inductivo Tabla 1. Valores obtenidos de la práctica realizada. Potenciómetro. Tabla 2.. Valores obtenidos de la práctica realizada. Óptico. Tabla 3. Valores obtenidos de la práctica realizada. Conclusiones, observaciones y recomendaciones. Dentro de las ventajas de los sensores inductivos tenemos: que no se desgastan, tienen un tiempo de reacción muy reducido, son insensibles al polvo y la humedad, dentro de sus desventajas tenemos que solo detectan la presencia de objetos metálicos, su margen de operación es más corto en relación con los otros sensores. Se recomienda que los revisar el banco de pruebas antes de realizar las mismas ya que si no se lo hacen estas puede generar ciertas anomalías en las lecturas. Se considera que el sistema no se lo debe mover cuando este ya este apagado las luces en la pantalla del computador indicando que el sensor ya no está censando si se lo aria generaríamos error en la lectura por lo cual no se lo debe aplicar si se desactivo lo demos dejar ahí y no seguir manipulando. Bibliografía [1]R. Llopis, J. Pérez, and C. Latorre, Automatización industrial, 1st ed., 2010. [2]México, West Instruments, Manual de aplicación de encoders, México. [3] J. Webster, The Measurement, Instrumentation, and Sensors: Handbook, ser. Electrical Engineering Handbook Series. Springer-Verlag GmbH, 1999. [4] J. J. González de la Rosa, Transductores de desplazamiento líneal,instrumentación electrónica. UCA. Práctica 4. Medición de temperatura respuesta dinámica de primer orden y Procedimiento A continuación se describen los métodos a usarse para la determinación de la constante de estabilización τ Figura 1. Comparación de datos para la termocupla Figura 2. Valor general de la termocupla y los 2 TDR al inicio de la práctica Pruebas con la Temperatura baja del liquido: Para las pruebas denominadas pruebas de Temperatura Baja, capturamos las mediciones luego de esperar un tiempo considerable para que se enfrié el líquido sobre el cual realizamos las mediciones de temperatura con los RTD uno lento, otro rápido y finalmente la termocuplas. Obteniendo las gráficas de la función de transferencia de la temperatura en función del tiempo como lo indican las figuras Tabla 1. Datos obtenidos de los sensores de temperatura. Figura 3. Graficas con los datos obtenidos de Excel. Figura 4. Grafica RTD lento. Figura 5. Grafica RTD rápido. Figura 6. Grafica termocupla. Figura 7. Practica Armada para su funcionamiento. Figura 8. Interfaz LabVIEW RTD. Conclusiones, observaciones y recomendaciones. En esta práctica se tomó medidas de temperatura, donde los tres sensores están colocados en línea horizontal es decir que los tres van a tomar datos en el mismo instante y no como en la práctica que está a continuación de esta. En las gráficas podemos visualizar tres graficas diferentes que nos indica RTD lento y rápido, y la termocupla. Al momento de realizar el experimento podemos determinar cada una de las partes para determinar temperatura y respuesta dinámica de primer orden además también se pudo ver el comportamiento de las termocuplas que actúan en el experimento que pueden ser de tres tipos diferentes de termocuplas y que son usadas para cada una de las aplicaciones a ser incorporadas en diferentes partes de la industria. Bibliografía [1] R. S. Figliola and D. E. Beasley, Teoria e Projeto para Medições Mecânicas, 4th ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007. [2] H. M. Hashemian, “Measurements of dynamic temperatures and pressures in nuclear power plants,” PhD Thesis, The University of Western Ontario, 2011. [3] I. M. P. Gonçalvez, “Determinação do tempo de resposta de sensores de temperatura do tipo rtd atravês de medidas in situ,” Mestrado em Tecnologia Nuclear, Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares, São Paulo, 1985. [4]F. Incropera and D. DeWitt, Fundamentos de transferencia de calor. 1999. Prentice Hall, [5] Y. Çengel, Transferencia de calor y masa: un enfoque práctico, ser. McGraw-Hill Series in Mechanical Egineering. McGraw-Hill, 2007. [6 ]B. Garnier, F. Lanzetta, and J. Virgone, “Measurements with contact in heat transfer: principles, implementatition and pitfalls,” 2011. Práctica 5. Conducción no estacionaria en sólidos Procedimiento 1. Mida la temperatura del medio (agua) Tc(aprox. ∼92.5 ◦ C, depende de la presión de saturación). Las mediciones de temperatura deberán ser realizado con el termómetro de bulbo proporcionado. 2. Corra el VI, habilite la adquisición de datos e inmediatamente después inserte el sólido en el medio (agua). 3. A medida que el tiempo avanza se podrá observar, las varaciones de los 3 puntos de control, y el cambio de temperatura sobre la barra.1 4. Una vez que la temperatura se establize después de ingresar el sólido, el fluido llegará nuevamente a su temperatura de saturación. 5. Después de algunos minutos notará que las temperaturas que registran las RTD, se aproximan a la temperatura de estabilización (aprox 65◦C). 6. Guarde los datos en un archivo (.txt) y grafíquelos. 7. Analize el tiempo necesario para la estabilización y concluya porque estas temperaturas no son iguales, y bajo que condiciones podrán serlo. 8. De manera adicional se puede analizar mediante el método de diferencias finitas ó usando un software de simulación. Desarrollo Muestra #1 La muestra uno está tomada con valores de una temperatura promedio de 40 grados centígrados. Como lo muestra la gráfica de los sensores RTD’s y la gráfica de la termografía de la barra de aluminio Figura 1. Grafica de los RTDs para la muetra 1. Figura 2. Pantalla inicial de LabVIEW que muestra la Termografía de la muestra 1. Muestra #2 La muestra uno está tomada con valores de una temperatura promedio de 60 grados centígrados. Como lo muestra la gráfica de los sensores RTD’s y la gráfica de la termografía de la barra de aluminio. Muestra #3 La muestra uno está tomada con valores de una temperatura promedio de 70 grados centígrados. Como lo muestra la gráfica de los sensores RTD’s y la gráfica de la termografía de la barra de aluminio. Figura 3. Grafica de los RTDs para la muetra 2. Figura 4. Pantalla inicial de LabVIEW que muestra la Termografía de la muestra 2. Figura 5. Grafica de los RTDs para la muetra 3. Figura 6. Pantalla inicial de LabVIEW que muestra la Termografía de la muestra 3. Conclusiones, observaciones y recomendaciones. Una vez concluida la práctica se puede deducir que la temperatura es una variable importante en la mayoría de los 5 procesos, en cual sus características se las puede obtener a través de mediciones por medio de la adquisición de datos de los respectivos sensores, o a su vez por métodos computacionales. La temperatura se puede obtener de distintos medios en los cuales haya una variación considerable, para este caso se tomó la variación de la temperatura ambiente y al calentar el sensor de temperatura. Para el caso se lo adquiere por medio de una DAQ, en el que por medio de un programa en labview se realiza el muestreo y se lo presenta de manera visual a través de una gráfica. La medición y control de temperatura son vitales en los procesos de la industria con el fin de obtener un determinado producto. Bibliografía [1] R. S. Figliola and D. E. Beasley, Teoria e Projeto para Medições Mecânicas, 4th ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007. [2] F. Incropera and D. DeWitt, Fundamentos de transferencia de calor. 1999. Prentice Hall, [3] Y. Çengel, Transferencia de calor y masa: un enfoque práctico, ser. McGraw-Hill Series in Mechanical Egineering. McGraw-Hill, 2007.
