Banco hidráulico para el ensayo de pequeños sensores de caudal

BANCO HIDRÁULICO PARA EL ENSAYO DE PEQUEÑOS SENSORES DE CAUDAL M. Á. LEAL, A. MOLINA, A. ARIEL GÓMEZ, F. J. MOLINA Depa amen o de Tecnología Elec ónica. Escuela Uni e si a ia Poli écnica de Se illa. Uni e sidad de Se illa. 41011-Se illa. España. El p esen e a ículo mues a un pequeño banco hid áulico “po á il”, comple amen e uncional de o ma au ónoma, que in oduci á al alumno en las medidas con luidos ensayando con senso es de caudal de pequeño amaño. 1. In oducción Todos sabemos la g an impo ancia de ealiza expe iencias p ác icas en asigna u as de ins umen ación elec ónica, donde el alumno pueda comp oba la p oblemá ica de los senso es eales y, puedan ap ecia en las medidas que ealicen, los e o es, la p ecisión, la esolución... y an os o os pa áme os elacionados. Pe o es as expe iencias equie en de un ma e ial cos oso, an o a ni el de senso es como de pa ones o e e encias iables [1]. Todo es o se ag a a un poco más si que emos ealiza algún eje cicio donde in e engan líquidos como elemen o a medi , po las incómodas azones de manejo, mon aje, ugas, espacio necesa io... que odos podemos in ui . El banco de ensayos que hemos diseñado in en a sol en a es os p oblemas, implemen ando a un bajo cos e y en un espacio educido ( an o, que puede conside a se po á il) un conjun o hid áulico-elec ónico que nos pe mi a ensaya caudalíme os y/o con ado es de o ma cómoda y segu a. 2. Desc ipción gene al Tal y como podemos obse a en la igu a 1, nues o mon aje desde el pun o de is a hid áulico cons a de un pequeño aljibe de cabece a donde se almacena el agua necesa ia pa a el ensayo. Un ubo de salida lo conec a a la bomba de impulsión, que se á la enca gada de mo e el agua po odo nues o ci cui o hid áulico. Se p e ende que el banco hid áulico (BH) pueda hace ci cula di e en es caudales pa a pode ensaya los caudalíme os en di e en es condiciones; la solución de meno cos e a es a necesidad, ue ins ala una ál ula a la salida de la bomba de impulsión, de modo que en unción del g ado de ape u a de és a, ci cula á mayo o meno caudal. 507 A con inuación y as un amo ec o de ap oximadamen e 10 eces el diáme o de la ube ía, al y como nos ecomiendan los ab ican es, se inse a el caudalíme o o con ado a ensaya . El agua que p o iene de és os se ie e en el que denominamos Depósi o de Medida Volumé ico (DMV), el cual iene po misión pe mi i la medida p ecisa del olumen de agua que ha ci culado (es a se á una medida pa ón en nues a p ác ica, pues se ealiza á la e i icación de su olumen exhaus i amen e). En el DMV se ins alan de ec o es de ni el ( ealizadas con un simple hilo conduc o y ap o echando la conduc i idad del agua), g acias a las cuales se consigue una buena epe i i idad en los ensayos, además de b inda nos la posibilidad de au oma iza los (llenado, aciado, medida de iempos...) como luego e emos. Una ez inalizado el p oceso, el agua que es á en el DMV se de ol e á po g a edad al aljibe de cabece a ab iendo una ál ula inse ada en un ubo que conec a es os dos depósi os. Des aca que no se pueden p oduci eboses del DMV pues la can idad de agua que posee el aljibe de cabece a es in e io a la capacidad del DMV. 3. Desc ipción del ensayo La p ime a pa e del ensayo consis e en a o a el DMV, pues su olumen es imp escindible conoce lo pa a el desa ollo de la expe iencia, como e emos más adelan e. Pa a ello se p ocede á a la medida del DMV con ayuda de una egla g aduada, eniendo en cuen a los posibles e o es sis emá icos que se puedan come e , debido a la p ecisión y esolución del ins umen o de medida. De es e modo se calcula á el olumen exis en e en e los dos de ec o es de ni el colocadas en el DMV con una des iación (X±y), de e minada po el es udio de e o es ap opiado. El siguien e paso se ía el ensayo eal del caudalíme o o con ado . Pa a ello comenza emos e o nando el agua desde el DMV has a el aljibe de cabece a (si no lo es u ie a ya) y ce ando la ál ula de aciado. Ab imos la ál ula de egulación de caudal a un 15% de su eco ido o al y conec amos la bomba de impulsión. Figu a 1: Diag ama de bloques del banco hid áulico 508 El agua comenza á a lui hacia el DMV a a és de nues o senso [2], de modo que cuando “moje” el p ime de ec o de ni el, pond emos en ma cha un c onóme o, que se pa a á cuando llegue el agua al segundo de ec o de ni el. También pa a emos en es e momen o la bomba de impulsión y da emos po inalizado el ensayo. Du an e es e iempo en el ensayo, hab emos medido ambién la ecuencia de la señal de pulsos que nos o ece el senso (pa a sabe que caudal es á midiendo), así como o alizado el núme o de dichos pulsos (pa a calcula el olumen que ha ci culado). Es o lo ha emos es eces, epi iendo o as es más pa a di e en es g ado de ape u a de la ál ula que egula el caudal (po ejemplo 30% y 40%), pa a ene así una colección de da os con los que pode saca conclusiones. Con los iempos que hemos medido podemos calcula el caudal medio que ha ci culado du an e cada ensayo, di idiendo el olumen de agua si uado en e las sondas de ni el del DMV (da o conocido), en e dicho iempo. Es e g upo de da os es el que u iliza emos como pa ón pa a e i ica el co ec o uncionamien o de nues o caudalíme o. Una ez con es os da os de e e encia, los co eja emos con los ob enidos del senso , y da emos nues as conclusiones al espec o: epe i i idad, esolución, e o es máximos, des iaciones... 4. Elec ónica asociada Has a aho a hemos is o la composición hid áulica de nues a pla a o ma y el p oceso que p e endemos segui pa a la ealización del ensayo, pe o e iden emen e nos ha á al a una elec ónica de apoyo más o menos compleja que nos pe mi a y/o acili e odas es a a eas. Aho a bien podemos op a po una solución sencilla y manipula el bando hid áulico de modo manual, o bien au oma iza el ensayo adop ando una solución de comp omiso en e au oma ización y cos e. Pe o si no que emos asumi e o es imponde ables u o de la ap eciación humana, y de con e i al banco hid áulico la epe i i idad espe ada, debemos de do a le de medios pa a que el ensayo se ealice de o ma au omá ica en lo e e en e al p o ocolo de ensayo. Pa a ello y después de analiza odos los eque imien os: ecuencíme o, c onóme o, con ado , con ol de la bomba... y coo dina los odos, no se p esen aba una a ea ácil si lo hacíamos con elec ónica disc e a. Todo es o nos lle ó a u iliza como co azón del ci cui o un pequeño mic ocon olado (del ipo PIC 16F84), en el cual aunamos odos los concep os an e io men e expues os. Nos con ie e iabilidad y bajo cos e en un sólo bloque, siendo además muy e sá il al pode se ácilmen e " ep og amado" si cambian nues as necesidades. En la igu a 2 podemos e un esquema de bloques de la elec ónica u ilizada, de la cual i emos iendo como ac úan cada una de sus pa es en las dis in as e apas del ensayo: Ac i amos el pulsado que da la señal de comienzo al mic o, és e da la o den al ci cui o de po encia de conec a la bomba de impulsión. Espe amos a que el ci cui o conec ado a los de ec o es de ni el ( ealizado con unos simples compa ado es analógicos) nos indique que el agua ha llegado al p ime ni el. 509 En es e momen o empezamos la cuen a del iempo y de los pulsos que nos o ece el caudalíme o. A la ez y en iempo eal, ep esen amos en el LCD la ecuencia de dicha señal. Con inuamos en es e es ado has a que el agua llegue al segundo de ec o de ni el, momen o en el cual de end emos la bomba inmedia amen e, pa a emos la cuen a del iempo y de los pulsos del caudalíme o, ep esen ando es os pa áme os en el LCD. Así da íamos po inalizado el ensayo, quedando a la espe a de un nue o ensayo. 6. Conclusiones Hemos diseñado a un bajo cos e, un pequeño banco hid áulico que nos pe mi a ensaya caudalíme os. Se ha hecho de educidas dimensiones y sob e una pla a o ma po á il, de modo que podamos usa lo en cualquie labo a o io de elec ónica sin necesidad de más componen es ex e nos. En el diseño se ha p e endido es ablece un balance equilib ado en e su iabilidad y su simplicidad, ob eniendo unos esul ados sa is ac o ios que cumplen los obje i os ma cados: in oduci al alumno en la expe imen ación de es e ipo de senso es. Re e encias [1] A. Menéndez, A. Molina, A. Gómez, M. A. Leal. Ensayo au oma izado pa a el desa ollo de caudalíme os. SAAEI-98. [2] No ma ISO 8316:1987. Measu emen o liquid low in closed condui s - Me hod by collec ion o he liquid in a olume ic ank. Figu a 1: Es uc u a de la elec ónica que con ola el banco hid áulico 510