Toma automatizada de datos en un banco de pruebas de turbina Pelton de laboratorio

Abstract

En este trabajo se demuestra la factibilidad de la automatización de la adquisición y procesamiento de datos con una computadora PC compatible, en los bancos de pruebas del Laboratorio de Máquinas Térmicas e Hidráulicas de la UNI (Laboratorio N5), con el fin de mejorar la precisión y aliviar el trabajo rutinario de la toma de datos durante la realización de las experiencias. La razón para el uso de la PC es que ésta ofrece inmensas posibilidades como elemento de apoyo para el seguimiento y control de los parámetros físicos que intervienen en un experimento o proceso. Además, teniendo en cuenta el relativamente bajo costo y variedad de los elementos transductores y electrónicos que se pueden encontrar en el mercado, las aplicaciones de esta técnica son prácticamente ilimitadas. Para efectos de demostrar la factibilidad de la automatización se realizó una propuesta para la toma automática de datos en el banco de pruebas de la turbina Pelton de 3,7 kW, entendiendo que esta propuesta puede hacerse extensiva, con las particularidades de cada caso, a los demás equipos del Laboratorio N°5. El trabajo consistió en una revisión de la teoría disponible sobre las turbinas Pelton, un análisis de los ensayos realizados actualmente en el banco de pruebas de la turbina Pelton del Laboratorio N°5, y el trabajo de automatización de la toma de datos propiamente dicho. Para este último se consideró la selección de los sensores adecuados a las variables físicas y a las condiciones de operación, el acondicionamiento de las señales físicas tal como amplificación y filtrado, la selección de una tarjeta de adquisición de datos comercial para interfaz con la computadora, y finalmente la transmisión de la información a una computadora PC compatible. En el primer capítulo de este trabajo se muestran los antecedentes del Laboratorio N°5 así como una descripción de su estado actual. Esto permite identificar el problema del uso de instrumentación inadecuada en los bancos de pruebas y plantear la importancia del presente trabajo, así como definir sus objetivos y alcances. El segundo capítulo contiene el marco teórico conceptual sobre las turbinas Pelton y sobre las pruebas que se realizan en ellas, lo que permitirá el mejor entendimiento del material desarrollado en el siguiente capítulo. El tercer capítulo contiene una descripción del banco de la turbina Pelton del Laboratorio N° 5 y de su instrumentación actual. así como de las pruebas que se realizan en él. El cuarto capítulo trata sobre los conceptos generales de la adquisición automática de datos, así com0 de una descripción del bus del sistema y del mapa de direcciones de una microcomputadora compatible (importante para entender la c0municación de la PC con dispositivos externos). El quinto capítulo trata sobre los principios de funcionamiento y detalles técnicos de los transductores que se usarán en el trabajo de automatización de la toma de datos, así c0mo de los circuitos de acondicionamiento e interfaz con la computadora. El sexto capítulo trata de la propuesta de automatización de la toma de datos en el banco de pruebas de la turbina Pelton del Laboratorio N5. Contiene la descripción de los sensores seleccionados, los circuitos de acondicionamiento de señal, y los detalles técnicos de la tarjeta de adquisición de datos PC Lab Card PCL - 711 B y su software de control. El séptimo capítulo trata sobre las pruebas preliminares realizadas con uno de los sensores seleccionados (Omega PX-236), adquiriendo datos de presión y almacenándolos en un archivo dentro del disco duro de la computadora. La información concentrada en esta tesis es material base para un segundo trabajo en el que se implemente y evalúe la toma automática de datos en el banco de pruebas de la turbina Pelton, usando una computadora PC compatible. Esperamos haber contribuido, con el presente trabajo, a la modernización de nuestros laboratorios y a demostrar la necesidad de profundizar nuestros conocimientos de electrónica aplicada a la instrumentación y control, como necesidad imperiosa para el desarrollo de la profesión de los ingenieros mecánicos.