Proyecto Final – Instrumentación

Universidad Politécnica Salesiana

Proyecto Final – Instrumentación

Integrantes: Andrés Cabrera, Jeans Jumbo, Paul Orellana, Paul Román

Fecha: 03 de agosto de 2018.

Periodo: 52.

Carrera: Ingeniería Mecatrónica.

Ciclo: [pic 1]

Objetivos

• Seleccionar un proceso para la medición de una variable física.
• Conocer las características del proceso.
• Establecer una metodología para la medición de la variable física.
• Aplicar la metodología en la implementación de un sistema y control de dicha variable.

Investigue y describa el proceso y la variable

1. Fuerza y peso

El peso se define como la fuerza con que la Tierra atrae a los cuerpos cercanos a su superficie. Es una medida de la fuerza gravitatoria que actúa sobre un objeto. El peso equivale a la fuerza que ejerce un cuerpo sobre un punto de apoyo, originada por la acción del campo gravitatorio local sobre la masa del cuerpo. La unidad de medición del peso según el Sistema Internacional de Unidades es Newton [N], aunque otras unidades son kilopondio [kp] y kilogramo-fuerza [kgf] [1]. Por ser una fuerza, el peso se representa como un vector, definido por su módulo, dirección y sentido, aplicado en el centro de gravedad del cuerpo y dirigido aproximadamente hacia el centro de la Tierra indicado en la figura 1) [2].

[pic 2]

Figura 1.- Fuerza ejercida sobre un objeto por efectos de la gravedad en vector [2].

Es importante saber diferenciar lo que es la masa, es decir la cantidad de materia que tiene un cuerpo, del peso.

• La masa se mide en kilogramos y se utiliza una balanza para ello.
• El peso es la fuerza que la gravedad ejerce sobre una masa, y es medido con un dinamómetro, se mide en newtons. El peso varía de acuerdo con la latitud y la altitud, la masa, en cambio, es contante, ya que no depende de factores externos como es la fuerza gravitacional.

La masa de un cuerpo es una propiedad intrínseca del mismo, la cantidad de materia, independiente de la intensidad del campo gravitatorio y de cualquier otro efecto. Representa la inercia o resistencia del cuerpo a los cambios de estado de movimiento, además de hacerla sensible a los efectos de los campos gravitatorios. En cambio, el peso de un cuerpo no es una propiedad intrínseca del mimo, ya que depende de la intensidad del campo gravitatorio en el lugar del espacio ocupado por el cuerpo. En un campo gravitatorio consta la fuerza que ejerce la gravedad sobre un cuerpo (su peso) es directamente proporcional a su masa [4].

1. Instrumentos para medir peso

Los instrumentos de medición de peso, los cuales cumplen un rol fundamental en tareas tales como la fabricación de componentes o de equipos y maquinarias de importantes tamaños. Existen tres tipos de instrumentos de medición de peso, los cuales se describen a continuación:

Dinamómetro

Es una herramienta que, a partir de los cambios en la elasticidad de un muelle con una determinada calibración, permite calcular el peso de un cuerpo o realizar la medición de una fuerza. Su funcionamiento se basa en el estiramiento de un resorte que sigue la ley de elasticidad de Hooke en el rango de medición [5].

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Figura 2.- Estructura de un dinamómetro [5].

Como se puede ver en la Figura 2, estos instrumentos constan de un muelle, generalmente contenido en un cilindro que a su vez puede estar introducido en otro cilindro. El dispositivo tiene dos ganchos o anillas, uno en cada extremo. Los dinamómetros llevan marcada una escala en el cilindro hueco que rodea el muelle. Al colgar pesos o ejercer una fuerza sobre el gancho exterior, el cursor de ese extremo se mueve sobre la escala exterior, indicando el valor de la fuerza [5].

Balanza

Este tipo de dispositivo de medición de peso no depende de la medida de la aceleración de la gravedad [6]. Es un instrumento de laboratorio que mide la masa de un cuerpo o sustancia química, utilizando como medio de comparación la fuerza de la gravedad que actúa sobre el cuerpo. En el laboratorio se utiliza la balanza para efectuar actividades de control de calidad, para preparar mezclas de componentes en proporciones predefinidas y para determinar densidades o pesos específicos [7].

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Figura 3.- Tipos de balanzas [5].

Bascula

Tipo de objeto de medición de peso que generalmente se usa para pesar graneles y similares. Las básculas miden la fuerza ejercida por un objeto sujeto a la fuerza de gravedad, a diferencia de las balanzas miden el peso de un objeto comparándolo con un baremo conocido [8]. La báscula se utiliza para pesar masas grandes y voluminosas [9]. Son elementos altamente tecnológicos que se caracterizan por tener una gran precisión a la hora de realizar cualquier tipo de pesaje, en especial líquidos o materiales muy pequeños que requieren de un sistema de pesaje muy complejo para obtener su peso [8].

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Figura 4.- Bascula electrónica [8].

Proponga un sistema que mida la variable

Se desea un sistema simple para la medición de peso dentro de un laboratorio, debe ser de un uso sencillo y debe conectarse fácilmente a un microcontrolador (Arduino, Raspberry, etc) para de esta manera lograr hacer una aplicación que registre los datos que el laboratorista analice en sus experimentos. Sus mediciones deben ser lo más precisas y exactas posibles, dado que el laboratorista necesita fiabilidad en sus trabajos de investigación. En específico deberá ser eficaz en el análisis del llenado y vaciado de un tanque, donde también se medirá un flujo

Para proceder a medir la variable de peso se escoge el instrumento “HX711”, dicho instrumento se basa en el método de medición de peso por células de carga con galgas extensiométricas. Este instrumento fue elegido puesto que su forma de implementación es sencilla, se encuentra con facilidad en el mercado y sus mediciones son muy confiables. Otra razón por la que se eligió este instrumento es por la variedad de información que se encuentra acerca de su diagrama de conexión, como por ejemplo se puede ver en la figura 6.

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Figura 5.- Celda HX711. [10]

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Figura 6.- Conexión de celda HX711 a Arduino UNO. [11]

Metodología de instalación

1. Preparar superficie del sensor

Para lograr conseguir una medida lo más próxima al peso real del cuerpo analizado la galga debe estar lo más cerca del material que sufrirá una deformación. Por esta razón, no debe existir ningún agente extraño entre el cuerpo y la superficie del instrumento de medición, para lograr esto, la superficie debe estar limpia.

Al momento de colocar la galga extensiométrica, el área de adherencia tiene que estar lo más lisa posible, garantizando de esta manera un contacto completo con el punto. Para conseguir esto se debe lijar la superficie.

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