SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS DE UN BANCO DE PRUEBA DE MOTORES A REACCIÓN PARA LA EMPRESA AERO-INDUSTRIAS LEAVER & CIA S.A.

MARCELA CIFUENTES VECINO

Tutor: Ingeniero Giovanni Sánchez

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA ELECTRÓNICA

BOGOTÁ, Mayo de 2007

Nota de Aceptación:

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Firma del presidente del jurado: -------------------------------------------------------

Firma del jurado:

----------------------------------------------------- Firma del jurado:

----------------------------------------------------- Firma del jurado:

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Bogotá, 25 Mayo de 2007

CONTENIDO Pág

INTRODUCCION 1 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 3 1.1 ANTECEDENTES 3 1.1.1 Turbina De Gas De Un Eje Y Flujo Axial – CM4 3 1.1.2 Banco de Ensayo de Motores Ensayo de M.C.I. Alternativos 6 1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 8 1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 8 1.4 JUSTIFICACIÓN 8 1.5 OBJETIVOS 9 1.5.1 GENERAL 9 1.5.2 ESPECÍFICOS 9 1.6 ALCANCES Y LIMITACIONES 10 1.6.1 ALCANCES 10 1.6.2 LIMITACIONES 10 2. MARCO DE REFERENCIA 12 2.1 MARCO CONCEPTUAL 12 2.1.1 MOTORES A REACCIÓN 12

2.1.1.2 Clasificación de los Motores a Reacción 13

2.1.2 Fundamentos Del Movimiento De Los Cuerpos 14

2.1.3 Máquina Y Motor 16

2.1.4 Tipos De Motores De Combustión Interna 17

2.1.5 Turbina 20

2.1.6 Sistemas Electrónicos de Instrumentación y Control Basados en Ordenador 22 2.1.6.1 El Ordenador 22 2.1.6.2 Los Transductores 22 2.1.6.3 El condicionamiento de la Señal 23 2.1.6.4 La Circuiteria de Adquisición de Datos 23 2.1.6.5 Los Softwares 24 2.1.6.6 Estudio De Las Señales 24 2.1.6.6.1 Introducción 24 2.1.7 Clasificación De Las Señales 24 2.1.7.1 Señales Digitales 25 2.1.7.2 Señales Analógicas 25 2.1.8 Introducción A Los Sensores 25 2.2 MARCO LEGAL 27 2.3 MARCO TEÓRICO 28 2.3.1 Introducción. Un Modelo Genérico de Instrumento 28 2.3.2 Sistema de Adquisición de Datos 29 2.3.2.1 Conceptos Básicos Sobre los Sistemas de Adquisición de Datos 30 2.3.2.2 Configuraciones de Los Sistemas de Adquisición de Datos 31 2.3.2.3 Parámetros Característicos De Un Sistema De Adquisición De Datos 31 2.3.3 ¿Qué es LabVIEW? 32 2.3.3.1 Programación Gráfica con LabView 32 2.3.3.2 Adquisición de Datos en LabView 33 2.3.3.3 Active X 33 2.3.4 Banco de Pruebas de Motores a Reacción de la Empresa Aeroleaver 34 3. METODOLOGÍA 36 3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN 36 3.2 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN 36 3.3 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN 36 3.4 HIPÓTESIS 36 3.5 VARIABLES 37 3.5.1 Variables Independientes 37

3.5.2 Variables Dependientes 37 4. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 38 5. DESARROLLO INGENIERIL 38 5.1 HARDWARE 38 5.2 SOFTWARE 48 6. CONCLUSIONES 53 7. RECOMENDACIONES 54 BIBLIOGRAFIA 55 ANEXOS 57

LISTA DE FIGURAS

pág. Figura 1. Turbina de Gas de un Eje y Flujo Axial - CM4. 3 Figura 2. Banco de ensayo de motores. 6 Figura 3. Movimiento con medio exterior. 15 Figura 4. Movimiento del cohete. 15 Figura 5. Transformación de la energía. 16 Figura 6. Flujo de energía en un motor. 16 Figura 7. Motor alternativo. 17 Figura 8. Motor a reacción. 18 Figura 9. Pulsorreactor. 19 Figura 10. Estatorreactor. 19 Figura 11. Turborreactor. 20 Figura 12. Motor cohete. 20 Figura 13. Ciclo Brayton 21 Figura 14. Modelo de instrumento SCPI 29 Figura 15. Configuración general de un sistema PC basado en la adquisición da datos 30 Figura 16. Diagrama de Bloques de un Sistema de Adquisición de señales monocanal 31 Figura 17. Estructura Donde Es Puesta La Turbina Para La Prueba 34 Figura 18. Banco de Prueba de Motores a Reacción 35 Figura 19. Proyecto Final 38 Figura 20. Transformador 39 Figura 21. Placa de la Fuente 40 Figura 22. Plano electrónico de la Fuente 40 Figura 23. Placa de Adquisición de Señales 41 Figura 24. Plano Electrónico De La Tarjeta De Adquisición De Señales 41 Figura 25. Placa de Tratamiento de Señales 43 Figura 26. Plano Eléctrico De Tratamiento De Señales 44

Figura 27. Configuración el Puerto 45 Figura 28. Panel de Visualización 48 Figura 29. Primera Parte del Programa 49 Figura 30. Segunda Parte del Programa 50 Figura 31. Tercera Parte del Programa 51 Figura 32. Cuarta Parte del Programa 52

LISTA DE ANEXOS

pág.

Anexo A 69 Anexo B 71 Anexo C 73 Anexo D 74 Anexo E 76 Anexo F 78 Anexo G 80 Anexo H 82

SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS DE UN BANCO DE PRUEBA DE MOTORES A

REACCIÓN PARA LA EMPRESA AERO-INDUSTRIAS LEAVER & CIA S.A. INTRODUCCIÓN

La empresa Aero-Industrias Leaver & Cía. SA. tiene una larga tradición como uno de los talleres de reparación de motores a reacción más profesionales y experimentados del país. Prácticamente desde su fundación, a finales de la década de los años cincuenta, Aero-Industrias Leaver & Cía. S.A ha prestado un especial interés en la reparación de motores a reacción utilizados en la Aviación General.

Aero-Industrias Leaver & Cía. S.A ha desarrollado el primer taller en el país especializado en motores de turbina. Este taller cuenta con los equipos que aseguran un trabajo de alta calidad, así como con un sofisticado banco de prueba para los motores, logrando comprobar su rendimiento una vez concluido el proceso de reparación. En este banco son registrados y confirmados más de 50 parámetros, donde se incluyen desde los niveles de vibración hasta las temperaturas de los principales rodamientos.

Para facilitar el trabajo desarrollado por la empresa y que sea confiable, se cree necesario que en el proceso de reparación de los motores se pueda no sólo monitorear los datos, sino también que los datos sean adquiridos por una computadora y los archive, para lograr con esto un proceso más rápido y tener un historial que sea archivado para futuras reparaciones de la misma turbina. Con este proyecto se busca suplir las necesidades de recolección y almacenamiento de datos; lo primero que se hará es estudiar el funcionamiento del banco y los instrumentos que intervienen en las mediciones que realiza, y con base en este estudio se elijan los materiales adecuados para la interfaz entre la máquina y el computador, además, se tendrá que hacer un software que será el que finalmente tomará los datos y los almacenará en un archivo que semeje un historial de los datos medidos y posteriormente registrados, todo eso se hará siempre pensando en las necesidades que tiene la empresa con el banco de prueba de motores a reacción.

Para que lograr todo lo que anteriormente se menciono, el proyecto se desarrollo con la idea principal de realizar la conversión de una señal análoga, pasando por un proceso de digitalización, de manera tal que al finalizar este proceso la señal se pueda ver como un valor numérico a través de un PC, para lograr este fin ultimo se necesita de una tarjeta de adquisición de señales adecuada. La base principal fue lograr todo esto con una solo señal, pues este proyecto involucra 12 señales que tienen una respuesta distinta; al encontrar que elementos son los adecuados para adquirir una señal se integra a esta solución la manera de hacerlo con otras 11 buscando la forma de que sean adquiridas de forma ordenada para que no se genere una confusión de datos, al tener esta parte implementada se busca que la respuesta de todas las señales sea la misma, por ejemplo, que todas tengan una respuesta en milivoltios como en este caso. En este proyecto se trabajan 12 señales que son: 7 señales de temperatura, 3 de presión, una de flujo y por ultimo una de rpm. Estas doce señales tienen respuestas distintas, para lo cual se hacen circuitos de acondicionamiento para lograr una respuesta casi idéntica, por ejemplo si la mayoría de las señales tienen una respuesta en milivoltios, hacer que las que no tienen una respuesta así logren llegar a eso. Para esto se ve la necesidad de realizar varias pruebas, las cuales mostrarán las falencias que puede tener el proyecto antes del acople final entre el software y el hardware, y en el momento que los resultados que arrojen las pruebas sean los esperados, se hará el acople final entre el software y el hardware.

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 ANTECEDENTES 1En Colombia no se cuentan con más Bancos de Prueba De Motores a Reacción (turbinas), por lo que la información que se puede obtener acerca de los mismos es muy poca, es por eso que se ve la necesidad de tomar información de otros países que cuentan con sistemas similares al utilizado en este proyecto.

1.1.1 2Turbina De Gas De Un Eje Y Flujo Axial – CM4

- Características

Motor aeronáutico de turbina de gas de flujo axial completo. Instrumentación completa y sensores. Su arranque eléctrico es con un botón (no hace falta aire comprimido o gas propano). Tiene software educativo y de adquisición de datos. El pequeño tamaño del equipo, minimiza el espacio del laboratorio. Usa un solo combustible para el arranque y la operación. El uso de un motor aeronáutico de producción implica que se han superado todas las pruebas de contención de seguridad para la aprobación de tipo.

Figura 1. Turbina de Gas de un Eje y Flujo Axial - CM4

http://www.tecnoedu.com/Armfield/CM4.php

1 Información suministrada por el Ingeniero Juan Carlos Carvajal, Ingeniero Electrónico que trabajo en la empresa AERO-INDUSTRIAS LEAVER & CIA S.A. 2 Información tomada de la pagina de Internet http://www.tecnoedu.com/Armfield/CM4.php

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- Descripción de Equipo El motor, es un una turbina libre pequeña y compacta, y el número de modelo es JFS100, y fue fabricado por Allied Signal Inc. Se compone de un generador de gas y un conjunto de propulsión como accesorio. El generador de gas reúne un compresor centrífugo, una unidad rotacional de turbina de flujo axial y un sistema de encendido y combustión. El conjunto de propulsión auxiliar incorpora una bomba de lubricación, una bomba de combustible, un disyuntor al 50%, un generador y un motor de arranque eléctrico. El motor ha sido reformado eliminando la turbina de recuperación de potencia y la unidad reductora siendo cambiados por una tobera de escape de fabricación especial que permite una operación continua sin carga. La unidad de control de combustible ha sido modificada para poder controlar las revoluciones del motor por medio del control de acelerador Vernier. - Instrumentación Incluida: Temperatura ambiente, temperatura de entrada del compresor, presión de entrada del compresor, temperatura de salida del compresor, presión de salida del compresor, temperatura de entrada de la turbina, temperatura de salida de la turbina, presión de salida de la turbina, temperatura de salida de la tobera, presión de salida de la tobera, presión del aceite, temperatura de entrada del aceite, temperatura de salida del aceite, caudal de combustible, caudal de aire, velocidad del eje Empuje. - Adquisición y Visualización de Datos

El sistema de adquisición y visualización de datos requiere una PC con Windows 98 o 2000 y una interfaz USB.

Los sensores son incluidos para medir el empuje directo (desde una célula de carga), caudal de combustible, rpm del motor, presión en diferentes etapas del motor y temperatura en cada etapa del motor.

Los datos que toman estos sensores son enviados al PC en el bus USB y pueden visualizarse utilizando el software suministrado. El software calcula el empuje a partir del caudal de combustible,

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la temperatura y la presión usando las formulas del ciclo de Brayton. El empuje calculado puede ser comparado con el empuje medido. El software también calcula la presión de entrada de la turbina.

El usuario tiene acceso a una gran cantidad funciones de adquisición de datos, trazado de gráficos y visualización. Además de las funciones de trazado de gráficos estándar, se ha escrito una rutina especial para mostrar diagramas H - S (diagramas de entropía - entalpía) que son de muy necesarios en la termodinámica. Se incluyen textos completos de ayuda sobre la operación del equipo y sobre los fundamentos teóricos. .

- Especificaciones Tipo Pliego Un motor aeronáutico de turbina de gas de flujo axial instalado en un banco de pruebas que tiene instrumentación y sensores completos.

Los interruptores de arranque y del motor están ubicados en un armario eléctrico industrial y tiene una protección para evitar arranques accidentales. Añade retardos temporales para que no existan arranques en caliente.

La unidad se proporciona con una batería de avión de 24V y un depósito de combustible de acero de 30 litros con vejiga de caucho interna. El equipo se suministra con software educativo, con funciones de registro de datos y trazado de gráficos.

En la Universidad Politécnica de San Sebastián de España tienen un laboratorio docente del Departamento de Máquina y Motores Térmicos que consta de diferentes módulos de pruebas, entre ellos el banco de pruebas que se describe a continuación:

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1.1.2 1Banco de Ensayo de Motores Ensayo de M.C.I. Alternativos

Figura 2. Banco de ensayo de motores

http://www.sc.ehu.es/nmwmigaj

- Curvas Características

Introducción

Todos los motores nuevos son sometidos a una serie de mediciones alternadas con severas pruebas de durabilidad y de carga, que se repiten hasta que se logre una puesta a punto, y se alcanzan los resultados previstos en el proyecto.

Las principales pruebas son las que sirven para obtener los valores relativos al par motor, la presión media efectiva, la potencia desarrollada, el consumo específico de combustible, los diferentes rendimientos así como la composición de los gases de escape.

1 Universidad Politécnica de San Sebastián http://www.sc.ehu.es/nmwmigaj/laboratorio1.htm

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-Material

* Motor térmico alternativo

* Banco de pruebas con la instrumentación correspondiente. Sistema de refrigeración y ventilación.

- Banco de Pruebas

Para ensayar un motor es necesario instalarlo en un banco de pruebas. Este consta de los siguientes elementos:

1º) Una cimentación que absorba las vibraciones producidas debido a la existencia en el motor de fuerzas de inercia no equilibradas y de los correspondientes momentos resultantes.

2º) Bancada, cuya función es sostener el motor.

3º) Soportes para poner y asegurar el motor en la bancada, así como ajustar la altura y ajustar el motor con el freno.

4º) Freno dinamométrico que absorba la potencia desarrollada por el motor, brindando una resistencia al giro de éste, y que esté provisto de un dispositivo para valuar el par motor.

5º) Transmisión que deje la conexión freno-motor con algo de flexibilidad y la posibilidad de absorber desalineaciones.

6º) Sistema de alimentación de combustible al motor con instrumentos para medir el consumo.

7º) Sistema de refrigeración del motor:

8º) Sistema de refrigeración de aceite.

9º) Red de agua.

10º) Sistema de evacuación de los gases de escape.

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11º) Sistema de ventilación de la sala. Debe impedir el sobrecalentamiento del local por la radiación de calor del motor. Esto se hace por medio de ventiladores axiales o centrífugos de impulsión y extracción.

Cuando el banco se instala en una habitación o un lugar cerrado y aislado se habla de una celda o cabina de ensayo de motores. En este caso debe haber un módulo de instrumentos en el exterior de la celda con los elementos de puesta en marcha y de gobierno del motor y freno, así como los instrumentos de control y registro.

1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA El problema principal que se desea resolver es la confiabilidad y rapidez en el reporte de los datos, pues en la actualidad éste es realizado por un operario, lo que hace que el proceso de toma de datos sea lento y poco preciso, ya que el ojo humano no siempre visualiza de manera exacta las cosas que observa, además, éstos datos que son obtenidos de las mediciones que realiza el banco no se almacenan de manera automática, ni se tiene una base de datos de los mismos. 1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ¿Cómo elevar la confiabilidad y rapidez en el reporte de los datos en un banco de pruebas para un motor a reacción C30, con la implementación de un sistema de adquisición de datos? 1.4 JUSTIFICACIÓN

Actualmente en la empresa Aero-Industrias Leaver & Cía. S.A. realiza un reporte manual de las pruebas que se le hacen a cada uno de los motores a reacción de los aviones, verificando el buen funcionamiento de éstas o mostrando datos que indican la posible falla de la misma. Debido a que la eficiencia del taller de turbinas se ve afectado por la forma en la que se registran estos datos, se ve la necesidad de diseñar e implementar un sistema de adquisición de datos que registre los valores medidos en cada una de las turbinas durante el proceso de revisión de la misma, para pasar un reporte detallado de las fallas que presenta o de la calibración de ésta.

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Con esto se pretende tener los datos almacenados, de manera tal que cuando se vuelva a revisar la misma turbina, se pueda realizar un estudio detallado y llevar un proceso aun más confiable. 1.5 OBJETIVOS 1.5.1 GENERAL Diseñar e implementar un sistema de adquisición de datos que almacene el reporte de cada uno de los registros que toma del banco de prueba de un motor a reacción. 1.5.2 ESPECÍFICOS - Estudiar los instrumentos de medición de las variables que intervienen. - Conocer cada uno de los pasos que se sigue en el proceso de prueba de un motor a reacción y que es realizado por un banco de prueba. - Seleccionar los instrumentos adecuados que intervienen en el proceso de adquirir los datos. - Diseñar el dispositivo adecuado que realice la adquisición de datos de las variables que se miden en el banco de prueba y que cumpla con las necesidades que se requieren. - Diseñar un software que permita la interacción del PC con el dispositivo que ayuda a adquirir los datos. - Implementar el sistema que de solución a los inconvenientes que presenta el banco de prueba. 1.6 ALCANCES Y LIMITACIONES 1.6.1 ALCANCES Este proyecto pretende colaborar con el avance tecnológico de la empresa Aero-Industrias Leaver & Cía. S.A. mediante el diseño e implementación del sistema de adquisición de datos en el banco de prueba de motores a reacción, el cual realiza las mediciones de factores como: presión, temperatura, rpm y los flujos que intervienen en el funcionamiento adecuado de la turbina, además, generará un

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reporte de todos estos factores. Con este proyecto se busca sistematizar el banco para que la empresa pueda prescindir de los equipos que permiten visualizar los datos que se toman, este proyecto puede llegar a tener una continuación, ya que la empresa no cuenta con un montaje adecuado del banco lo que puede permitir una reinstalación del mismo, al terminar el proyecto lo que se espera es que ya no sea necesario utilizar mas los equipos de visualización de las señales, ya que éstos necesitan de una constante calibración. La finalidad del proyecto, es ahorrar tiempo en calibraciones y en el reporte de los datos, además, de poder crear un historial de las turbinas q allí son probadas. 1.6.2 LIMITACIONES - En el desarrollo del proyecto se podrían presentar inconvenientes con los materiales, por los altos costos, y por la incompatibilidad de éstos con los instrumentos de medición del banco de turbinas; esto haría que el diseño del hardware pueda tener una variación bastante notoria, pues los costos del proyecto no serán asumidos por la empresa. El presupuesto se determinará después del análisis circuítal, y cuando se elija el método de adquisición del datos, para no presentar unos costos poco acertados. - El sistema que se va a diseñar solamente se encargará de reportar los datos y almacenarlos en un archivo que puede llegar a ser un historial de las pruebas allí realizadas. - Ni el software, ni tampoco el hardware van a tener alguna etapa y/o aplicación para el control de alguna variable. - El funcionamiento en conjunto entre el banco de pruebas y el proyecto que se está realizando, es sujeto a los sensores que se encuentran ya instalados en el banco, puesto que los datos que se reportarán por el sistema serán adquiridos directamente de los sensores que están ya dispuestos en el banco. - Es necesario aclarar que el programa que se realizará para la adquisición de los datos, se hará con el programa Labview, el cual está instalado en los equipos de la Universidad y que es utilizado para fines académicos, por esto la empresa Aero-Industrias Leaver & Cía. SA. tendrá que adquirir la licencia del programa Labview, para que pueda ser utilizado en la empresa.

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- La mayor limitante para este proyecto es la poca información que se tiene sobre este banco, y la mala instalación que realizaron al momento del montaje lo que hace pensar, que seria mejor una reestructuración para lograr una mejor funcionalidad, ya que al momento de instalar este banco no tuvieron en cuenta la adecuación de un polo a tierra, pues sin este es casi imposible reportar unos datos confiables.

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2. MARCO DE REFERENCIA

2.1 MARCO CONCEPTUAL

2.1.1 MOTORES A REACCIÓN

1La idea de usar el empuje de reacción para generar propulsión no es nueva. Hero de Alejandría diseñó un tipo de turbina de vapor hace aproximadamente 2000 años. Los chinos han utilizado cohetes de pólvora desde el siglo XII a.c.

Sir Isaac Newton describió el principio de empuje a reacción en sus leyes de la dinámica en 1687, hasta que un siglo después el año 1791, a John Barber de Inglaterra le fue concedido la primera patente de una turbina de gas, a pesar de que esto ocurrió casi 100 años antes de que los materiales necesarios, diseños, y técnicas de fabricación permitieran construir una de esas turbinas.

Los primeros motores de embolo utilizaban un pequeño motor de gas que accionaba una hélice grande la cual ayudaba a acelerar el aire para generar empuje.

El avión de los hermanos Wright utilizaba un motor de hélice. Desafortunadamente, la velocidad de los aviones de hélice era más bien limitada, para volar más rápidamente era necesario otro diseño. Durante los años 30 un ingeniero alemán, Hans von Ohain, y un ingeniero inglés, Frank Whittle intentaban diseñar un nuevo tipo de motor, cada uno por separado. Hacia 1938, Hans von Ohain y su mecánico Max Hahn ya habían diseñado, construido y realizado pruebas de vuelo de un avión de propulsión a chorro. Su diseño contenía un compresor (cierto tipo de rotor) y una turbina en el mismo eje. El diseño de Frank Whittle también incluía un rotor o hélice interna, accionada por una turbina con un combustor. Su avión de propulsión a chorro voló con éxito en 1941. Así, ambas naciones, Inglaterra y Alemania, dieron inicio a la era de la propulsión a chorro.

1 http://rincondelvago.com/motores-a-reaccion.html

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Desde entonces, se han realizado muchas mejoras y variaciones de los diseños del motor a reacción. Además, motores de propulsión a chorro más eficientes han hecho posible la fabricación de aviones más grandes y rápidos. En menos de 100 años, los aviones han ido desde el primer avión de los hermanos Wright y de su primer vuelo de 12 segundos y 120 pies, hasta los aviones supersónicos, capaces de volar alrededor del mundo en unas cuantas horas. Todo esto se hizo posible gracias a la invención del motor a reacción.

2.1.1.2 Clasificación De Los Motores A Reacción

Un motor a reacción es un sistema propulsor, lo que quiere decir que logra el avance de un cuerpo móvil gracias a la expulsión de un fluido a una alta velocidad, y que su principio de funcionamiento se basa en la utilización de la segunda y tercera Ley de Newton:

1ª Ley de Newton: Todo cuerpo permanece en estado de reposo o velocidad constante (aceleración = 0) cuando se le deja libre sin que actúe ninguna fuerza sobre él.

2ª Ley de Newton: El incremento de la cantidad de movimiento es igual a la impulsión de la fuerza aplicada y tiene la misma dirección que aquella.

Puede expresarse también diciendo que la fuerza total ejercida sobre un cuerpo es igual al producto de su masa por su aceleración.

3ª Ley de Newton: A toda acción de una fuerza, hay una reacción igual actuando en la misma dirección pero en sentido contrario.

Lo que hace ver que los motores a reacción son los que utilizan una serie de gases, que al ser expelidos con gran velocidad y presión, hacen una fuerza en sentido opuesto, que se llama impulso o avance. Entre el grupo de los motores a reacción, se puede hacer una división de cuatro grandes grupos, tres de los cuales son utilizados actualmente por la industria aeronáutica.

Los motores a reacción también conocidos como motores cohete son aquellos que actúan bajo el principio de reacción y no necesitan del aire ambiente para su funcionamiento.

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2.1.2 Fundamentos Del Movimiento De Los Cuerpos

Newton enunció las tres leyes básicas que rigen el movimiento de los cuerpos:

• Todo cuerpo mantiene constante su cantidad de movimiento (P), a no ser que se le obligue a cambiarla mediante la acción de fuerzas.

• La variación de la cantidad de movimiento de un cuerpo en el tiempo, es igual a la fuerza a la cual se somete.

• Las fuerzas se presentan siempre por parejas. Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B, el cuerpo B ejercerá una fuerza igual pero opuesta sobre el cuerpo A (ley de acción y reacción la cual ha sido explicada anteriormente).

La ley de acción y reacción apoya el movimiento de los cuerpos respecto a su entorno.

Cuando hay un medio material que ésta entorno al cuerpo en movimiento, éste es el que le da la fuerza de reacción, respondiendo a la acción que hace el cuerpo sobre él.

En el sentido y la dirección de la fuerza de reacción, dirección y sentido de la fuerza de reacción, se origina el movimiento del cuerpo, lo cual se muestra en los ejemplos ilustrados en la Figura 3.

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Figura 3. Movimiento con medio exterior

http://orbita.starmedia.com/~napsu/documentos/MOTORES%20TERMICOS.htm

Cuando no hay un medio material que circunda al cuerpo que se quiere mover (vacío), se ve la necesidad de usar una parte de su propia masa como medio de reacción para conseguir el movimiento. Lo anterior indica que una fracción de la masa del cuerpo tiene que arrojarse en sentido opuesto al movimiento requerido, para conseguir de esta manera la fuerza de reacción que mueva al cuerpo. El principio anterior fundamenta el movimiento de los cohetes, tal como se muestra en la Figura 4.

Figura 4. Movimiento del cohete

http://orbita.starmedia.com/~napsu/documentos/MOTORES%20TERMICOS.htm

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2.1.3 Máquina Y Motor

La Máquina se puede definir forma general como: el conjunto de elementos que tienen como función transformar la energía.

El cambio de energía se puede hacer entre un solo dominio (mecánico, eléctrico, químico, etc.), o de uno a otro, como se muestra en la Figura 5.

Figura 5. Transformación de la energía

http://orbita.starmedia.com/~napsu/documentos/MOTORES%20TERMICOS.htm

Basándose en la definición anterior se puede precisar un motor como: Una máquina que tiene como función la variación de cualquier tipo de energía, en energía mecánica que le sirva al hombre, relacionada al movimiento de un cuerpo rígido (rotación de un eje, desplazamiento de un cilindro, movimiento del propio motor en su conjunto, etc.).

Lo anterior se muestra en la Figura 6.

Figura 6. Flujo de energía en un motor

http://orbita.starmedia.com/~napsu/documentos/MOTORES%20TERMICOS.htm

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2.1.4 Tipos De Motores De Combustión Interna

En los motores de combustión interna el fluido de trabajo, también prueba el proceso de la combustión, componiéndose esencialmente de una mezcla de aire y combustible, que al quemarse dentro del motor se transforma en un conjunto de gases de combustión con alta energía, la cual se traspasa la máquina.

Los motores de combustión interna se clasifican de la siguiente forma:

• Motores alternativos: Estos tienen el mismo funcionamiento de una máquina de vapor, solo que en éste el fluido de trabajo realiza el proceso de la combustión. En la Figura 7 se muestra esquemáticamente un motor alternativo.

• Turbina de gas: Esta en si es la misma turbina de vapor, solo que aquí el fluido de trabajo, son los gases que son producto de la combustión.

Figura 7. Motor alternativo

http://orbita.starmedia.com/~napsu/documentos/MOTORES%20TERMICOS.htm

• Motores A Reacción: Son aquellos que toman un movimiento del conjunto del motor, por medio de el lanzamiento a alta velocidad del fluido de trabajo (gases producto de la combustión), en sentido contrario al movimiento que se quiere, es decir, que emplean el principio de acción y reacción.

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Existen dos tipos básicos de motores a reacción: los que toman el comburente del medio que los rodea (el aire) y los que no lo hacen (estos se conocen como motores cohete). Todos los motores a reacción que tienen admisión de aire del exterior, constan en si de un conducto en el que es realizado el proceso de la combustión del fluido de trabajo, el cual posee una admisión de aire exterior, una entrada de combustible, una bujía que enciende la mezcla y una abertura para expulsar los gases de la combustión a alta velocidad. Lo que se mencionó anteriormente se muestra en la Figura 8.

Figura 8. Motor a reacción

http://orbita.starmedia.com/~napsu/documentos/MOTORES%20TERMICOS.htm

El principal percance técnico que tienen los motores a reacción con admisión de aire del exterior, es asegurar el sentido del flujo del fluido de trabajo, o dicho de otra manera el de impedir que los gases de combustión salgan por la admisión de aire.

Según el método que se ha de utilizar para asegurar el correcto flujo dentro del motor a reacción con admisión del aire del exterior, se encuentra la siguiente subdivisión de motores:

• Pulsorreactor: En este motor se ponen un conjunto de válvulas de admisión, que son las se abren para acceder a la entrada del aire y se cierran cuando el combustible es inyectado y se produce el encendido. Un motor de este tipo se muestra en la Figura 9.

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Figura 9. Pulsorreactor.

http://orbita.starmedia.com/~napsu/documentos/MOTORES%20TERMICOS.htm

• Estatorreactor: En este motor la presión de los gases admitidos es la que asegura el correcto flujo dentro del mismo, lo que es logrado a altas velocidades del aire admitido. En la Figura 10 se muestra un estatorreactor.

Figura 10. Estatorreactor.

http://orbita.starmedia.com/~napsu/documentos/MOTORES%20TERMICOS.htm

• Turborreactor: En este motor es un compresor activado por una turbina a gas, el que no deja que los gases de la combustión salgan por el conducto de la admisión. En la Figura 11 se muestra un turborreactor.

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Figura 11. Turborreactor

http://orbita.starmedia.com/~napsu/documentos/MOTORES%20TERMICOS.htm

En el motor cohete no tiene una admisión de aire, lo que hace que la máquina que se va a mover por este motor, debe llevar tanto al combustible como al comburente. Lo anterior hace que este motor conste simplemente de una cámara de combustión y de una salida de gases (tobera). En la Figura 12 se muestra un motor cohete.

Figura 12. Motor cohete.

http://orbita.starmedia.com/~napsu/documentos/MOTORES%20TERMICOS.htm

2.1.5 Turbina

- ¿Qué Es Una Turbina?

La palabra turbina hace referencia a un motor a reacción o turborreactor donde la turbina es solo uno mas de sus tantos componentes. En los turborreactores se cuenta con componentes diseñados y

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desarrollados para que cumplan con tarea específica, permitiendo así que el proceso se realice sin interrupción alguna.

Los motores a reacción el ciclo de trabajo es conocido como ciclo Brayton, el cual inicia con la admisión y compresión de una gran cantidad de aire. Mientras esta en curso este proceso la presión del fluido aumenta y el volumen del mismo disminuye cuando termina el proceso de compresión el aire se mezcla con el combustible en la cámara de combustión manteniendo la presión constante y aumentando su volumen y temperatura, cuando el fluido sale de esta etapa da inicio al proceso de expansión del mismo, aumentando el volumen y disminuyendo la presión, este proceso continúa en los ductos de escape hasta lograr la expansión total de los gases e igualar la presión atmosférica. La energía de los gases de combustión es utilizada en parte para mover el compresor a través de la turbina y generar empuje gracias a la alta velocidad de los mismos.

Figura 13. Ciclo Brayton.

Revista Aviación al rojo Vivo

- Componentes de Un Motor a Reacción

Normalmente están compuestos por una sección de entrada de aire, una sección de compresión, una de combustión, una de turbina, una de salida, una de accesorios y unos sistemas auxiliares para facilitar su operación y mantener su correcto funcionamiento. Todos estos componentes están presentes en la totalidad de los motores a reacción, su nomenclatura varia dependiendo de la

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terminología del fabricante, esto se ve reflejado en la variedad de manuales de mantenimiento que se encuentran. 2.1.6 Sistemas Electrónicos de Instrumentación y Control Basados en Ordenador En la actualidad la utilización de ordenadores se hace indispensable en cualquier campo de la industria, como cadenas de producción, las comunicaciones, el transporte, los laboratorios de investigación y los sistemas de test y medida, dependen de la ayuda de los ordenadores. Esto hace referencia es al proceso de los diferentes datos que el ordenador adquiere de un sistema físico que es objeto de estudio, mediante un software especializado y el control propio sobre el mismo sistema, por otra parte también es importante como se adquieren de la mejor manera posible los datos procedentes del sistema físico y hacerlos llegar al PC (ordenador). El sistema físico es el punto de inicio (desde donde se recogen los datos) y final (sobre el cual se actúa a partir de las ordenes de control). Dentro desde este sistema se produce un proceso físico, que se puede definir como una combinación de operaciones que se ejecuten con el fin de efectuar alguna actuación o cambio sobre el sistema. El proceso físico se puede caracterizar por una serie de elementos de entrada y salida de materiales, energía e información. 2.1.6.1 El Ordenador El PC que se utilice en el sistema de adquisición determinará la velocidad del proceso del sistema. Las aplicaciones que requieran un proceso en tiempo real de señales de lata frecuencia necesitarán ordenadores potentes. 2.1.6.2 Los Transductores Es capaz de sensar el fenómeno físico y suministrar una señal eléctrica que pueda ser aceptada por el sistema de adquisición.

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2.1.6.3 El condicionamiento de la Señal Casi siempre, la señal eléctrica generada por el transductor tiene que ser tratada, convertida o escalada de forma que pueda ser aceptada por el sistema de adquisición. Las formas mas comunes de condicionamiento de la señal son la amplificación, la linealización y el aislamiento.

- La amplificación: Para tener una resolución máxima, la señal tiene que ser amplificada de manera que la tensión máxima alcanzable sea igual al valor máximo del rango de entrada de ADC.

- La linealización: Muchos transductores presentan una respuesta no lineal a los cambios de la magnitud física bajo medida. En casos así, para lograr una medida suficientemente significativa, hay que realizar un proceso de linealización mediante módulos circuitales específicos o bien mediante programas adecuados.

- El aislamiento: Otra aplicación común de los circuitos de condicionamiento es el aislamiento de las señales procedentes del transductor para la seguridad del ordenador. El sistema físico que se tiene que monitorear puede presentar transitorios de alto voltaje que podrían estropear el sistema de adquisición o dañar el operador. Una razón adicional para el uso del aislamiento es asegurarse que las lecturas realizadas por el sistema de adquisición no queden afectadas por posibles diferencias de voltajes en modo común.

2.1.6.4 La Circuiteria de Adquisición de Datos El esquema debe tener por lo menos una tarjeta que se encargue de la adquisición de datos análogos y que realice la conversión digital. Las características más revelantes de las tarjetas de las tarjetas de adquisición se centran en los aspectos siguientes:

- Entradas analógicas: hace referencia al número de canales analógicos de entrada que soporta la placa.

- Salidas analógicas: Es la circuiteria que se necesita para poder proveer de estímulos el sistema de adquisición de datos.

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- Entradas y salidas digitales: Hacen referencia al número de entradas y salidas digitales que soporta placa. Las interfaces de entrada y salida digitales se utilizan en los sistemas de adquisición de datos basados en ordenador para realizar el control de procesos, generar patrones de test y posibilitar la comunicación con el equipamiento periférico.

2.1.6.5 Los Softwares Los programas transforman el PC y la circuiteria de adquisición de datos en un sistema completo de adquisición, análisis y presentación de resultados, en que también es factible implementar un algoritmo de control. Es más, la circuiteria de adquisición sin los softwares adecuados es inservible, y viceversa. 2.1.6.6 Estudio De Las Señales 2.1.6.6.1 Introducción La función fundamental de las aplicaciones de adquisición de datos y de control es la manipulación de señales. Antes de hacer la selección de los componentes del sistema de instrumentación se tiene que entender primero el tipo de señales que se van a atrabajar. En si, una señal es lo que fluye a través del canal formado por el sistema de medida. Es importante tener claro que no solo las señales no son solo un fenómeno eléctrico. Hay que tener que una perturbación, un movimiento mecánico o una vibración, una emisión de luz, de sonido u otro tipo energía también constituyen una señal. Una señal es una variable física tal que su magnitud o la variación en el tiempo contiene información. 2.1.7 Clasificación De Las Señales Se parte de la base que todas las señales son analógicas y variables en el tiempo. Una señal digital o binaria solo tiene dos posibles niveles o estado discretos de interés, el estado alto es on, y el

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estado bajo es off, de otro lado, una señal analógica contiene información en toda su variación a lo largo de todo el tiempo. 2.1.7.1 Señales Digitales Señales on/off: llevan información respecto al estado digital de la señal, ya sea on (voltaje alto) o bien off (voltaje bajo). Señales en forma de tren de Pulsos: consiste en una serie de transiciones a través del tiempo. La información es contenida en el número de transiciones que hay, la relación de tiempo entre transiciones o bien el tiempo que pasa entre unas y más transiciones. 2.1.7.2 Señales Analógicas Señales DC (direct current). Estas señales se pueden definir como las que se mantienen estáticas en el tiempo o que varían muy lentamente en el tiempo, su principal característica es que la información de interés se encuentra en función del nivel o la amplitud de la señal en un instante determinado. 2.1.8 Introducción A Los Sensores Un sensor es un dispositivo que realiza una conversión de valor de un valor físico, como una temperatura, distancia o presión, en un valor diferente que resulte más fácil de medir. Este valor será un parámetro eléctrico, como por ejemplo una tensión, una corriente, una variación de carga o una variación de impedancia. El sensor proporciona una magnitud eléctrica que es función de los cambios que se producen en él debido a la variación del fenómeno físico. Se debe establecer una relación entre la variación física y la variación eléctrica, y si es necesario adaptar esta última de manera que se pueda leer un valor exacto de la magnitud física que se quiere. En investigación, se utilizan sensores especializados y de alta sensibilidad para el seguimiento de los experimentos. En las técnicas de automatización se utilizan tanto los sensores estándar como los

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sensores desarrollados para finalidades específicas. En el caso de equipamientos básicos, se utilizan principalmente sensores corrientes, pero que funcionan de forma fiable y que no tengan mantenimiento. Los sensores pueden clasificarse según la magnitud física que quiere detectarse y según su principio de funcionamiento, así pues se tienen:

- Sensores para parámetros relacionados con las dimensiones: posición, distancia, longitud, recorrido, tensión, pendiente, velocidad, aceleración, ángulo de rotación. Así como características superficiales de los materiales.

- Sensores para parámetros relacionados con las fuerzas: fuerza, presión peso, par, rendimiento mecánico.

- Sensores para cantidad de material: caudal y nivel de materiales sólidos, líquidos y gaseosos.

- Sensores para temperatura y cantidad de calor. - Sensores para evaluar las cantidades de radiación óptica: flujo radiante, energía radiante,

intensidad radiante, cantidades de radiación y luminosidad, como flujo luminoso, energía luminosa, intensidad luminosa, luminiscencia, iluminación.

- Sensores para las características de las ondas acústicas: presión del sonido, energía del sonido, nivel del sonido y audiofrecuencia.

- Sensores para los parámetros electromagnéticos: parámetros eléctricos elementales, como la tensión, la intensidad la energía eléctrica y la potencia, fuerzas de campos eléctricos y magnéticos y emisión electromagnética.

- Sensores para parámetros de radiación de lata energía: radiación de rayos X y de rayos gamma, radiación de partículas como electrones, partículas alfa, partículas elementales y fragmentos nucleares.

- Sensores para propiedades físicas de materiales: propiedades mecánicas, eléctricas, ópticas, térmicas y acústicas.

- Sensores para la identificación de objetos y el reconocimiento de modelos: sistemas de sensores tales como lectores ópticos, lectores de códigos de barras, lectores de bandas magnéticas y sistemas de procesado de imágenes.

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Otra clasificación lleva a distinguir los transductores activos y los transductores pasivos. Los activos son los que generan a la salida una señal eléctrica (en forma de corriente, tensión o carga) a partir de su magnitud sin necesidad de una alimentación eléctrica, estos dispositivos, para generar la señal de salida toman energía de la propia magnitud física que quiere medirse. 2.2 MARCO LEGAL Por intermedio de una circular informativa emitida por la Aeronáutica Civil Colombiana en la cual se informa la certificación de talleres aeronáuticos tanto en Colombia como en el extranjero. A continuación se podrán observar algunos apartes de esta circular. 1CERTIFICACIÓN DE TALLERES AERONÁUTICOS UBICADOS EN LA REPUBLICA DE COLOMBIA (TAR) Y EN EL EXTRANJERO (TARE) 1. Propósito Disponer los requisitos a cumplir y los procedimientos que deberán seguir los Talleres Aeronáuticos para obtener su Certificado de Funcionamiento de Taller Aeronáutico de Reparaciones (TAR) / Taller Aeronáutico de Reparaciones en el Extranjero (TARE), y las categorías relacionadas. Esta CI se constituye como un procedimiento informativo de carácter técnico y/o administrativo generado por la Oficina de Control y Seguridad Aérea; pero no el único aceptable para la UAEAC. En ningún momento este procedimiento exime al solicitante de cumplir con las demás disposiciones vigentes y los requisitos de la Regulación Nacional, solicitados por otras dependencias de la UAEAC. 2. Aplicabilidad Las organizaciones de mantenimiento que deseen o apliquen a obtener un Certificado de Funcionamiento como TAR (Taller aeronáutico de Reparaciones) o TARE (Taller Aeronáutico de Reparaciones en el Extranjero).

1 Circular informativa emitida por la Aerocivil Colombiana

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3. Antecedentes Los Reglamentos Aeronáuticos de Colombia determinan que cualquier mantenimiento, mantenimiento preventivo, reparación o alteración de aeronaves, motor, hélices y componentes deben ser realizados por un organismo reconocido y aprobado por la UAEAC. Dicho organismo debe cumplir con un procedimiento tanto administrativo como técnico, para este último, la Oficina de Control y Seguridad Aérea emite esta CI como guía al usuario en el procedimiento que se debe seguir. 3.1. Regulaciones Relacionadas RAC, Parte Tercera, numeral 3.7.2 Talleres Aeronáuticos

RAC, Parte Cuarta, Subparte D Organizaciones de Mantenimiento, Capítulo XI

Talleres Aeronáuticos

OACI, Anexo 6, Parte I, Capitulo VIII, numeral 8.7 Organismo de mantenimiento

reconocido.

OACI, Anexo 6, Parte II, Capitulo VIII, MANTENIMIENTO DEL AVION.

OACI, Anexo 6, Parte III, Capitulo VI, MANTENIMIENTO DEL HELICOPTERO.

Esta circular y las regulaciones relacionadas con esto se presentaran como anexos. 2.3 MARCO TEÓRICO 2.3.1 Introducción. Un Modelo Genérico de Instrumento Es importante tener una base o modelo de la tarjeta de adquisición de datos para lo cual a continuación se mostrará un modelo base que no necesariamente obliga a que se haga de manera exacta simplemente sea una guía.

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Figura 14. Modelo de instrumento SCPI

Libro. Tarjeta de Adquisición de Señales

Este modelo se compone de los siguientes bloques: El encaminamiento de la señal: Controla la conexión de la señal de entrada a las distintas opciones internas del instrumento. El módulo funcional de medida de la señal se encarga de convertir la señal analógica en una forma que se pueda procesar el sistema de instrumentación o del PC. El módulo de generación de señal tiene como misión convertir los datos los datos internos procedentes del PC en señales analógicas capaces de actuar sobre el mundo real. La memoria se ocupa de almacenar los datos que sean necesarios. El módulo de formato se incorpora para presentar la función de convertir los datos generados por el instrumento en una forma que pueda ser transmitida por un bus estándar. 2.3.2 Sistema de Adquisición de Datos Es un conjunto de subsistemas electrónicos cuya finalidad es captar la información del mundo real, información que viene representada por señales analógicas que corresponden a diferentes magnitudes físicas.

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Estos sistemas surgen por la necesidad de almacenar y procesar digitalmente la información, para que después un sistema de control se encargue de actuar sobre las variables adquiridas de la forma adecuada. 2.3.2.1 Conceptos Básicos Sobre los Sistemas de Adquisición de Datos

Son varias las aplicaciones donde se hace imprescindible el tratamiento de señales que proporcionen información acerca de fenómenos físicos. En sí, este tratamiento es básico hacerlo sobre grandes cantidades de información y que tienen una gran velocidad de procesado. Los dispositivos utilizados para la adquisición de señales son las tarjetas de adquisición de datos, que facilitan al computador la capacidad de obtener y originar señales, ya sean analógicas o digitales. Cuando se quiere obtener información sobre fenómenos físicos es útil incluir un nuevo elemento en el sistema que proporcione un parámetro eléctrico a partir de un parámetro físico, éste elemento se denomina transductor. Casi siempre, las señales eléctricas generadas por los transductores no son compatibles con las características de entrada de una tarjeta de adquisición de datos, cuando esto ocurre se hace necesario el acondicionamiento de señales; las funciones más frecuentes de la etapa de acondicionamiento son: amplificación, aislamiento eléctrico, filtrado, linealización y multiplexado. En la figura 12 se muestra una configuración general de un sistema que se basa en la adquisición de datos.

Figura 15. Configuración general de un sistema PC basado en la adquisición da datos.

Libro. LabView 7.1

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2.3.2.2 Configuraciones de Los Sistemas de Adquisición de Datos Dependiendo del número de entradas de un sistema de adquisición de datos se pueden clasificar en: monocanales y multicanales.

- Monocanales Se caracterizan por la adquisición de una sola señal de entrada. En la siguiente figura se muestra un diagrama de bloques de un sistema de adquisición de datos monocanal.

Figura 16. Diagrama de Bloques de un Sistema de Adquisición de señales monocanal

Libro. Sistema de Adquisición de Datos

- Multicanal Permiten la adquisición simultanea de varias señales analógicas, también admite diferentes configuraciones en función de cómo se realice la distribución de los componentes en el sistema en función de las necesidades de cada aplicación en particular

2.3.2.3 Parámetros Característicos De Un Sistema De Adquisición De Datos Son básicamente tres: numero de canales analógicos de entrada, exactitud de la conversión y velocidad de muestreo.

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- Número De Canales Analógicos De Entrada Generalmente presentan varios canales de entrada, lo que hace posible conectar a la vez diferentes fuentes de señal. Según la configuración estas fuentes pueden ser leídas simultáneamente o secuencialmente

- Exactitud de la Conversión Otra cuestión importante es conocer la habilidad del sistema de realizar medidas correctas, para esto se necesita considerar los siguientes parámetros: Resolución: marcada normalmente por el numero nº de bits del ADC utilizado. Exactitud: que indica lo que se aparta la medida de su valor real. Debería englobar los efectos de la resolución del conversor y los diferentes errores de la linealidad, offset y ganancia de todos los elementos del sistema. 2.3.3 ¿Qué es LabVIEW? LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) es un lenguaje de programación gráfico para el diseño de sistemas de adquisición de datos, instrumentación y control. En Labview se pueden diseñar interfaces de usuario mediante una consola interactivo basado en software. El usuario puede diseñar especificando el sistema funcional que desee, su diagrama de bloques o una notación de diseño de ingeniería. Labview es también compatible con herramientas de desarrollo similares y puede trabajar con programas de otra área de aplicación, como por ejemplo Matlab. Una de sus ventajas es la fácil adaptación con el hardware, en si con tarjetas de medición, adquisición y procesamiento de datos. 2.3.3.1 Programación Gráfica con LabView Al diseñar programas con Labview se trabaja siempre bajo algo denominado VI, es decir, un instrumento virtual, se pueden originar VI a partir de especificaciones funcionales que cada quien

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diseñe. El VI puede usarse en cualquier otra aplicación como una subfunción dentro de un programa general. Los VI's son destacados por: ser un cuadrado que tiene un símbolo específico que es afín con su funcionalidad, tiene una interfaz con el usuario, contener entradas con un color para identificar el dato, tener una o varias salidas y obviamente que sean reutilizables. 2.3.3.2 Adquisición de Datos en LabView Es un programa apropiado para la adquisición de datos. Su interface gráfica brinda una gran potencia de visualización de señales y tiene librerías de procesado para tratar las señales adquiridas. Para todo eso, LabView entrega una librería de adquisición de datos que facilita al usuario una herramienta de trabajo fácil de usar y que concede una mayor flexibilidad en cuanto al manejo de las TAD (tarjeta de adquisición de datos). 2.3.3.3 Active X Es una serie de herramientas software de Microsoft que deja que el programador haga una reutilización de código y que pueda usar las distintas aplicaciones al mismo tiempo. Active X se basa en la tecnología COM (Component Object Model) y es una prolongación de la tecnología OLE (Object Linking and Embedding). El ideal desde LabView es unir mediante Active X distintas aplicaciones como pueden ser Excel, Word, Outlook, etc., y usar sus funcionalidades desde la aplicación en Labview. Esto quiere decir que se tendrán unas herramientas que permitan la interconexión de unas aplicaciones con otras, y así se pueda utilizar la potencia de cada una de las aplicaciones. Con Active X se pueden controlar otras aplicaciones y ser también controladas desde ellas. Igual como se hace en las comunicaciones se tendrán 2 aplicaciones trabajando: una como cliente y otra como servidor, y desde LabView y con Active X Automation se pueden hacer las 2 funciones.

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2.3.4 Banco de Pruebas de Motores a Reacción de la Empresa Aeroleaver

Figura 17. Estructura Donde Es Puesta La Turbina Para La Prueba

Empresa Aeroleaver

1En esta estructura es montada la turbina C30 o 250 de Rolls Royce, esta estructura cuenta con todo el equipo necesario para lograr su funcionamiento de manera real como si estuviera funcionando en la aeronave, además, tiene los transductores necesarios para tomar los datos que al operario le interesa tener para poder saber en que estado se encuentra la turbina y cual puede ser la falla dependiendo de las mediciones, Estos transductores que se encuentran allí , toman señales de temperatura, de presión, de flujo, de rpm, de vibraciones, etc. En total, según operarios de la empresa estos transductores toman más o menos 50 registros de señales diferentes.

1 Información suministrada por empleados de la empresa Aeroleaver

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Figura 18. Banco de Prueba de Motores a Reacción

Empresa Aeroleaver

Desde este banco se pone en funcionamiento la turbina, con las palancas que se ven se empieza a amentar la velocidad a la cual trabaja la turbina, obviamente este aumento de velocidad se realiza de una manera progresiva y sin realizar cambios bruscos, a cada determinada velocidad el operario registra los datos que son visualizados en cada uno de los paneles con que cuanta el banco, cada uno muestra un dato distinto de una señal distinta en el mismo tiempo, todos ellos trabajan de manera individual y el único que trabaja de manera compartida es un selector de las señales de temperatura, pues estas son mas o menos unas 15 señales, el resto de las señales si tienen su visualizador independiente. Estas mediciones van de 0 a 100, por ejemplo si son de presiones va de 0 a 100 o 130 PSI, las de temperatura exceptuando una van de 0 a 100 grados centígrados, etc. La mayoría de las señales trabajan en el mismo rango y tienen una respuesta similar, exceptuando las termocuplas tipo J, que no dan una respuesta en milivoltios o voltios como las otras.

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3. METODOLOGÍA

3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN

La metodología a usar es la empírico analítica, pues se elaborará el diseño y la construcción de un sistema, que se hará basado en un análisis previo, y dará como resultado un sistema con las características específicas para lo que el sistema requiere.

3.2 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN

Línea de investigación de USB/sublínea de facultad/campo temático del programa.

Línea de investigación de USB: “Tecnologías Actuales y Sociedad” Sublínea de facultad: “Instrumentación y Programación” Campo de Investigación: “Sistemas de adquisición de datos y manejo de señales” 3.3 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN La información necesaria para la realización de este proyecto es casi toda suministrada por la compañía, puesto que fueron ellos los que diseñaron e implementaron este banco de prueba para motores a reacción, casi toda la información necesaria para la investigación tiene que ver con el tipo de prueba que se hace, los instrumentos que utilizan en el banco de prueba y el manual de la turbina además, es útil investigar sobre la adquisición de datos realizada por medio de labview, para lo cual se ve la necesidad de buscar en libros e Internet. 3.4 HIPÓTESIS Una manera de obtener mayor confiabilidad y lograr más rapidez en el reporte de datos del banco de pruebas de motores a reacción, es con la implementación de un sistema de adquisición de datos, el cual tome los reportes del banco y cree una base de datos con éstos, para poder originar un historial de cada turbina.

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3.5 VARIABLES 3.5.1 Variables Independientes Las variables que son adquiridas en este banco son presión, flujo y temperatura 3.5.2 Variables Dependientes Sistema de adquisición de datos, historial de datos.

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4. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

Figura 19. Proyecto Final

Se logro implementar de manera adecuada distintos circuitos necesarios para la adquisición de las doce señales del banco de prueba, obteniendo una respuesta adecuada solo que en algunos casos se presentaron fluctuaciones debido a factores externos, también se encontró algo de dificultad para el tratamiento de cada censor debido a que la empresa no contaba con manuales, lo que hizo un poco mas empírica la adecuación y escogencia de cada uno de los elementos y/o circuitos. En cuanto a la rapidez de la recolección de los datos no fue la esperada, pues por la cantidad de señales el proceso se hace un poco mas lento en la lectura, pero alcanza a cumplir con las necesidades de la empresa para realizar el reporte, en cuanto a la creación de la base de datos fue realizada dentro del mismo programa mediante una matriz, la cual muestra los datos en relación al tiempo y a cada una de las variables. Lo ideal seria llegar a que el historial de datos sea almacenado por un programa externo como Excel o Word.

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5. DESARROLLO INGENIERIL

5.1 HARDWARE Como solución al problema planteado anteriormente, se diseño un sistema que en la parte de hardware consta de 3 placas o circuitos electrónicos y un transformador con tap central de 40 voltios. La primera es la fuente de alimentación, la segunda es la placa de adquisición de datos o placa principal, la tercera es la placa del tratamiento de las señales A continuación realizo una breve descripción de cada una de ellas.

- Transformador con tap central de 40 voltios

Figura 20. Transformador

http://www.sgsystems.com.ar/Pic/transformador16.jpg

Es un transformador de 115 voltios a 60 Hz que entrega un voltaje dual de 20 y 20 voltios AC, el cual se uso para la alimentación AC de la fuente.

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- Fuente de Alimentación Figura 21. Placa de la Fuente Figura 22. Plano electrónico de la Fuente

PCB Wizard

Esta placa es una fuente dual de 5 y 12 voltios; los KBU106 son los dos puentes rectificadores independientes, estos entregan un voltaje DC de 16 voltios los cuales alimentan los dos diodos zener que actúan como fuentes sostenibles de 12 y 5 voltios, estos son los que entregan dos fuentes duales de 12 voltios y otras 2 fuentes duales de 5 voltios. Dos de los condensadores de 100uF filtran los posibles picos que puedan generar las fuentes y los otros cuatro condensadores de 100uF se encargan del sostenimiento de dichos voltajes. Esta fuente se hizo basada en una aplicación de diodos zener para lograr el sostenimiento de todos los elementos de la placa principal (que es la encargada de adquirir las señales), la cual por tener componentes con un alto consumo de corriente, puede presentar fallas en el funcionamiento, esta fuente también se utiliza para el ajuste y adecuación de señales análogas que son trabajadas en la placa secundaria, pues ésta trabaja entre 12 y 17 voltios, a diferencia de la principal que lo hace a 5 voltios.

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Figura 23. Placa de Adquisición de Señales

Figura 24. Plano Electrónico De La Tarjeta De Adquisición De Señales

PCB Wizard

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La placa principal es la encargada de todo lo que tiene que ver con la adquisición de las señales. 74LS154: Se eligió este integrado por que consta de 16 salidas decimales y la cantidad de señales que se trabajan en este proyecto son 12. El decoder 74LS154 se encarga de habilitar cada uno de los switches TC4066 para la correcta selección de las señales, este decoder es controlado por el puerto 378. Se implemento el decoder 74LS45 que trabaja por el puerto 37A de control, el puerto es manejado por los dos primeros bits. Se empleo este integrado porque realiza la misma función que el anterior pero tiene una menor cantidad de salidas decimales, y como en este caso solo se emplean tres salidas para el manejo de los buffers, Este decoder es el que realiza el direccionamiento de los buffer 74LS244. 74LS244: se eligió este por que su respuesta es rápida, además, se tenía mayor conocimiento de su aplicación pues eran normalmente usados en proyectos desarrollados durante la carrera. Estos buffers hacen la selección de cada uno de los 10 bits en 3 grupos, 4 bits que vienen del primer buffer, los siguientes 4 bits del segundo buffer y los 2 faltantes del tercer buffer, los bits son enviados al puerto 379 de lectura, esos 10 bits vienen de la conversión interna que realiza el PIC16F873A. PIC 16f873A: Este PIC se eligió por su velocidad y su nivel de conversión interna, pues esta se realiza a 10 bits, además, tiene una cantidad de puertos suficientes para la aplicación que se necesitaba. Este PIC es el encargado de realizar la conversión de análogo a digital; esta conversión consiste en la adquisición de una señal análoga por la entrada RA0, la cual es digitalizada y convertida en 10 bits, los cuales son entregados por el puerto RB (8 bits) y RC (2 bits). La señal análoga proviene del direccionamiento que realizan los switch TC4066, que hacen una a una la selección de las 12 señales análogas que se están trabajando. Estos switches se eligieron por tenían la opción de seleccionar una señal análoga, la cual se podía direccionar de una manera definitiva enviándola a un común, la cual llegaba a RA0. Se utilizaron las negadoras 74LS04, ya que la respuesta que da el decoder 74LS154 es negada en su salida.

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- Placa de Tratamiento de Señales

Figura 25. Placa de Tratamiento de Señales

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Figura 26. Plano Eléctrico De Tratamiento De Señales

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PCB Wizard

Se elaboro una tarjeta para la correcta adecuación de cada una de las doce señales, para poder digitalizar cada una de estas deben estar en un margen de 0 a 5 voltios, por lo cual se elaboro un circuito de linealización para las termocuplas tipo J, este circuito se monto con el integrado AD594 el cual ofrece una lectura proporcional en mV, cada grado oC equivale a 10 mV. Ese circuito es útil para 6 señales de temperatura del banco de prueba. Se cuenta con otro tipo de termocupla tipo K, que gracias a la configuración dentro del banco de prueba, entrega un valor en mV. Esta tarjeta cuenta con 6 diodos de switcheo rápido 1N4148, los cuales trabajan como una compuerta OR que al pasar por la negadora se comportan como on/off general para habilitar y deshabilitar el integrado AD594. Se tienen 3 señales de presión del banco de prueba, las cuales entregan una relación de presión vs. mV, a estas señales se les dispuso de condensadores de 0.1uF para la filtración de ruido. Se tienen dos señales mas que son: una de flujo y otra de rpm, las cuales entregan una señal en milivoltios, estas trabajan con un dinamo que al girar genera un voltaje en milivoltios, con relación al flujo que este pasando por el. La señal de rpm trabaja exactamente igual.

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- Configuración del Puerto Figura 27. Configuración el Puerto

Del puerto 378 escritura se utilizaron los primeros 4 bits (D0, D1, D2, D3), los cuales se encargaron del manejo del 74LS145, el cual se encargaba de seleccionar cada una de las señales análogas. Del puerto 37A control se utilizaron 2 bits (C2, C1), estos se encargaban del manejo del 74LS45, el cual manejaba el orden de entrega de la conversión de cada uno de los grupos de 4 bits. Del puerto de lectura 379 se utilizaron 4 bits (S6, S5, S4 y S3), el cual toma la información que es entregada por cada uno de los buffers que corresponde a cada uno de los grupos de 4 bits, los cuales corresponden al valor de la conversión realizada por el PIC.

- Programa del PIC 16F873A LIST P=16F873; en esta línea se esta nombrando el PIC que se usa. include<p16f873.inc>; se incluye la librería del PIC. RDELAY EQU 0x21; el delay es una variable que en esta línea se le esta asignando una posición de memoria. W EQU 0; Registro W F EQU 1; Registro de trabajo bsf STATUS, RP0 Aca se abre el registro de estado. En estas líneas se establece puerto RA0 movlw b'01111111' como una entrada y las demás como salidas.

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movwf PORTA clrf ADCON0; se establece como entrada análoga el RA0 clrf PORTB; se establece el puerto RB como salida clrf PORTC; se establece el puerto RC como salida bcf STATUS, RP0; se cierra el registro de estado. bsf ADCON0, 0; se inicializa la primera parte de conversión convertir call espera20u; acá se hace un retardo, para que realice la conversión sin superposición de de datos bsf ADCON0, 2; se especifica la segunda parte de la conversión. espera btfsc ADCON0, 2; es la espera que se da para que termine la segunda parte de la conversión movf ADRESH,0; llama el registro alto de conversión movwf PORTB; imprime el registro alto por el puerto B bsf STATUS,RP0;llama el registro H movf ADRESH,0; realiza un corrimiento en el registro para poder imprimir la parte mas baja de la bcf STATUS,RP0 conversión de 10 bits y lo imprime por el puerto C movwf PORTC goto convertir; reinicia la conversión por que vuelve al inicio del programa espera20u movlw 0x05; es una subrutina de espera de 20usegundos return; retorna a la línea desde donde se llamo end; terminación del programa.

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5.2 SOFTWARE

Figura 28. Panel de Visualización

Programa Labview

En este se visualizan las mediciones de las señales; en la parte superior se ven las señales de temperatura, en la parte inferior se observan las señales de presión y en el centro del panel se visualizan las señales de flujo y de rpm. En la parte central inferior se encuentra la casilla que muestra la ubicación donde se creara el archivo que almacena los datos, el cual se genera dándole clic al botón de inicio de grabación de datos. Al lado derecho del panel se ven las 12 señales que van desde A1 hasta A12, las cuales no están nombradas como variables por que al momento del registro no van a incluir el nombre. El botón de stop detiene la ejecución del programa.

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Figura 29. Primera Parte del Programa

Programa Labview

En el primer recuadro se selecciona la señal a convertir, en el segundo se configura un delay, el cual le da un espacio entre señales para que sean asimiladas sin generar congestión de datos, evitando así que una señal se introduzca en otra. En esta ventana se puede observar la toma independiente de los primeros cuatro bits, los segundos cuatro bits y los últimos 2 bits, a cada uno de estos se les hace un proceso de corrimiento para obtener como valor total los 10 bits organizados. Cada uno de estos bits es seleccionado por el puerto de control 37A el cual a su vez controla el decoder 74 LS45. Estos 10 bits se reciben por el puerto de lectura 379, en su orden lógico.

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Figura 30. Segunda Parte del Programa

Programa Labview

Se hace una suma general de las tres variables, las cuales representan cada uno de los 4 bits que contienen la conversión de la señal seleccionada; En esta parte se hace una discriminación de cada una de las señales mediante un selector, el cual estará controlado por un contador que realiza un conteo de 1 a 12 para hacer la selección de las señales, este contador también entrega un valor por el puerto 378 que es el de escritura, el cual manejara en la tarjeta el decoder 74LS154; también hace el proceso de diferenciación de cada una de las variables, éstas son direccionadas y guardadas como una variable que sostiene su valor hasta que vuelva a retomarse y entregue un nuevo valor.

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Figura 31. Tercera Parte del Programa

Programa Labview

Se implementaron unos amortiguadores digitales los cuales ayudan a obtener una señal sin tanta fluctuación, obteniendo así una señal mas uniforme, además, se realizo una división a las señales de

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las termocuplas tipo j para obtener una relación adecuada con respecto al valor real que ellas censan.

Figura 32. Cuarta Parte del Programa

Programa Labview

En esta parte se puede ver que se tienen las 12 variables desde A1 hasta A12 y son entregadas a un demultiplexor, éste las organiza de tal manera que entrega las 12 señales en forma de columnas, a un archivo que es generado por Labview, pero solo cuando se active el botón de grabación; éste archivo debe contar con una dirección de almacenamiento para que pueda ser generado. Se tiene un contador en la parte final del programa el cual realiza un conteo de 1 a 12, y este determina que señal se va a tomar d las 12 señales que se trabajan , las toma en orden ascendente y en el momento en que el conteo sume 13 se reinicia en 0.

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6. CONCLUSIONES

En el desarrollo del proyecto se pudo observar que ruidos externos intervienen en la correcta adquisición de datos, generando variaciones en la digitalización de las señales, debido a éstas variaciones se implementaron circuitos o elementos que no estaban previstos en el montaje inicial. En el proceso de adquisición de información, se realizaron modificaciones en el programa para que la recolección de los datos se hiciera de manera secuencial, pues las herramientas utilizadas en un principio no eran la mejor opción; al encontrar la herramienta adecuada se pudo lograr un empalme bueno entre el hardware y el software. Se pudo observar que la velocidad de conversión del PIC debe ser lo suficientemente rápida para que no genere valores erróneos al momento de la adquisición de la información. Por reducción de costos se buscaron distintas opciones que suplieran integrados costosos, recurriendo así a circuitos no tan complejos pero que igual cumplieran con los objetivos propuestos en un principio. En Colombia no se cuenta con un sistema de este tipo, pues éste es el primer banco de prueba en el país y es la primera vez desde su implementación que se trata de sistematizar, es por eso que se puede continuar con el desarrollo de este proyecto. El mal montaje de este banco causa demasiados problemas al momento de quererlo sistematizar o hacerle algún tipo de reforma, ya que no cuenta con elementos tan básicos pero a su vez muy necesarios como lo son un polo a tierra.

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7. RECOMENDACIONES

Se recomienda la iniciación de la prueba teniendo todos los instrumentos de censado conectados a la placa de adquisición de señales antes de iniciar el programa También es importante que el computador que contenga el programa tenga una buena velocidad de procesamiento para que el adecuado funcionamiento del programa, pues no es convente la generación de retardos. Es de gran importancia no tener conectada la placa de adquisición de datos al computador, hasta que éste no se encuentre en la ventana del programa del programa, ya que existe la probabilidad que se genere un daño en la placa, pues el computador al ser encendido siempre tiene bits de estado. Es probable que se le pueda dar continuidad a este proyecto logrando una adquisición de todas las demás variables que intervienen durante la prueba, también se puede implementar un sistema de alarmas que se activado de acuerdo a la información de cada uno de los tipos de turbinas que allí se prueban. Es muy óptimo realizar una reestructuración en cuanto al montaje del banco para poder llegar en algún momento a usar un sistema como el desarrollado en este proyecto o uno que tenga ya sistematizado la totalidad del banco.

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http://www.aerocivil.gov.co, 8 junio 2007 http://www.aerocivil.gov.co/RAC/index.htm, 10 junio 2007

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ANEXOS

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ANEXO A

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59

ANEXO B

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61

ANEXO C

62

ANEXO D

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64

ANEXO E

65

66

ANEXO F

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68

ANEXO G

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ANEXO H

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