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TSU EN MECATRONICA MECATRÓNICA CALIBRACIÓN DE SENSORES DE TEMPERATURA TIPO “K” Y “T” CON AMETEK JOFRA PTC-155, PARA LA DESALACIÓN DE AGUA DE MAR POR EL MÉTODO DE CONGELACIÓN. JAVIER MONTES LUNA TESINA Técnico Superior Universitario en Mecatrónica Área Instalaciones Eléctricas Eficientes Agosto, 2014 TSU EN MECATRÓNICA ´ TSU EN MECATRÓNICA AGRADECIMIENTOS Como todo camino seguir avanzando hacia delante encontramos cosas nuevas en la vida así como también hay obstáculos en donde tropezamos, caemos y tener que levantarnos, pero siempre hay alguien quien nos brinda su apoyo, ayuda y amistad. En la vida hay etapas difíciles que nos enseñan, a no ser los mejores, ni para superar a los demás, si no para superarse así mismo, para ser humano hay que pensar como un, para ser un amigo, hijo o hermano hay que demostrarlo con la certeza de que el sacrificio de tus logros es gracias a la compañía de tus seres amados en especial a la familia, es por ello que en esta pequeño espacio disponible quiero dar mi más grandes agradecimientos. A mis padres, porque a pesar de las circunstancias que hemos pasado siempre están conmigo apoyándome día con día para seguir adelante. A mis hermanos por acompañarme en lo bueno y en lo malo, para poder seguir avanzando con mis triunfos y metas alcanzadas. A mis profesores y amigos por estar siempre conmigo, y sobre todo a DIOS por darme la oportunidad de cerrar un capítulo más en mi vida. Debo agradecer de manera especial y sincera al Dr. Isaac Pilatowsky Figueroa y a todo el equipo que conforma el Instituto de Energías Renovables U.N.A.M., por brindarme la oportunidad de realizar mis prácticas y también por su apoyo y amistad, creyendo en mí como profesionista y persona. TSU EN MECATRÓNICA I ÍNDICE ÍNDICE ................................................................................................................ I ÍNDICE DE FIGURAS ....................................................................................... III ÍNDICE DE TABLAS........................................................................................... V RESUMEN ......................................................................................................... 1 ABSTRACT ........................................................................................................ 2 1. INTRODUCCIÓN............................................................................................ 3 1.1 Introducción............................................................................................... 4 1.2 Justificación............................................................................................... 5 1.3 Objetivo general. ....................................................................................... 5 1.4 Objetivos particulares. ............................................................................... 6 2. MARCO HISTÓRICO ..................................................................................... 7 2.1 Antecedentes Históricos............................................................................ 8 2.2 Misión. ....................................................................................................... 9 2.3 Visión. ....................................................................................................... 9 2.4 Políticas..................................................................................................... 9 2.5 Valores. ................................................................................................... 10 2.6 Principales áreas de la empresa. ............................................................ 15 2.7 Descripción del área de realización de estadía. ...................................... 16 2.8 Organigrama. .......................................................................................... 16 3. MARCO TEÓRICO ....................................................................................... 18 3.1 Calibración. ............................................................................................. 19 3.1.1 Calibración de temperatura verdadero. ......................................... 19 3.2 Termopar................................................................................................. 20 3.2.1 Tipos de termopares. .................................................................... 21 3.3 Autotransformador variable (variac). ....................................................... 26 TSU EN MECATRÓNICA II 3.4 Calibrador Jofra. ...................................................................................... 27 3.4.1 Principio de bloque seco. .............................................................. 29 3.4.2 Elección de inserto correcto. ......................................................... 30 3.4.3 Ametek Jofra series PTC. ............................................................ 34 3.5 Insertos multi-agujero para PTC - métrica (mm). .................................... 35 3.6 Insertos multi-agujero para PTC - imperial (pulgadas). .......................... 38 4. METODOLOGÍA ........................................................................................... 39 4.1 Descripción de actividades...................................................................... 40 4.1.1 Bitácora. ........................................................................................ 40 4.2 Desarrollo del proyecto. .......................................................................... 41 4.2.1 Adquisición, recepción e identificación de equipos. ...................... 41 4.3 Identificación y estado de calibración. ..................................................... 43 4.3.1 Soldar termopares. ....................................................................... 44 4.3.2 Plan de Calibración con Jofra PTC-155. ....................................... 48 4.4 Planeación. ............................................................................................. 48 4.5 Implementación. ...................................................................................... 61 4.5.1 Medición de temperaturas............................................................. 62 5. RESULTADOS ............................................................................................. 63 5.1 Pruebas. .................................................................................................. 64 5.2 Resultados. ............................................................................................. 65 5.3 Conclusión. ............................................................................................. 68 ANEXOS .......................................................................................................... 69 REFERENCIAS ................................................................................................ 72 TSU EN MECATRÓNICA III ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Organigrama. .................................................................................... 17 Figura 2. Proceso de calibración. ..................................................................... 20 Figura 3. Termopar o termocupla. .................................................................... 20 Figura 4. Tipos de termopares. ........................................................................ 24 Figura 5. Autotransformador variable (variac). ................................................. 26 Figura 6. Vista del extremo del cepillo. .............................................................26 Figura 7. Calibrador Jofra serie PTC. ............................................................... 27 Figura 8. Principio de bloque seco. .................................................................. 29 Figura 9. Uso de plantillas de otros calibradores Jofra. .................................... 31 Figura 10. Uso de insertos que son demasiado pequeños............................... 32 Figura 11. Uso de insertos hechos del material "equivocado". ......................... 32 Figura 12. Uso de insertos con orificios del sensor demasiados cortos. .......... 33 Figura 13. El uso de insertos sin usar un tapón de aislamiento. ...................... 34 Figura 14. Inserto correcto, agujeros y el material. .......................................... 34 Figura 15. Inserto multi-hole métrico (mm). ...................................................... 37 Figura 16. Insertos multi- hole métrico (mm). ................................................... 37 Figura 17. Insertos multi-hole imperial (pulgada). ............................................ 38 Figura 18. Cruce y separación de un termopar antes de soldar. ...................... 45 Figura 19. Equipo para soldar termopares. ...................................................... 45 Figura 20. Unión de las puntas de un termopar. .............................................. 46 Figura 21. Tarjeta de adquisidor de datos. ....................................................... 47 Figura 22. Diagrama de conexión. ................................................................... 47 Figura 23. Tubo de Inserto para calibrar. ......................................................... 50 Figura 24. Pozo de inserto calibrador. .............................................................. 51 Figura 25. Conectores de termopares tipo “K” y “T”. ........................................ 51 Figura 26. Conexión del sensor a equipo Jofra. ............................................... 52 Figura 27. Pantalla principal para calibrar. ....................................................... 52 Figura 28. Configuración de pasos para calibrar. ............................................. 53 Figura 29. Configuración del tipo de sensor. .................................................... 53 Figura 30. Referencia de desviación temperatura - mV. .................................. 54 Figura 31. Equipo para calibrar termopares. .................................................... 55 TSU EN MECATRÓNICA IV Figura 32. Grafica de balance temperatura tipo “K”. ........................................ 58 Figura 33. Grafica de balance temperatura tipo “T”. ......................................... 59 Figura 34. Curva de calibración sensor tipo “K”. .............................................. 60 Figura 35. Curva de calibracion sensor tipo “T”. ............................................... 61 Figura 36. Equipo de medición de temperatura. ............................................... 61 Figura 37. Distribución de sensores en los recipientes con agua. .................... 61 Figura 38. Punto de congelación. ..................................................................... 66 Figura 39. Fotografias de prueba de congelacion. ........................................... 66 Figura 40. Pruebas para congelar en distintas aguas. ..................................... 67 Figura 41. Decremento de temperatura en diferentes líquidos. ........................ 67 TSU EN MECATRÓNICA V ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Insertos multi-agujero métrico (mm). .................................................. 36 Tabla 2. Inserto multi-agujero imperial (pulgadas) ........................................... 38 Tabla 3. Bitácora. ............................................................................................. 40 Tabla 4. Precisión de sensor interno de referencia. ......................................... 56 Tabla 5. Datos de calibración termopar tipo “K”. .............................................. 57 Tabla 6. Calibracion de termopar tipo “T” ......................................................... 58 Tabla 7. Valor imaginario del sensor. ............................................................... 64 Tabla 8. Valor real del sensor con la formula. .................................................. 65 TSU EN MECATRÓNICA 1 RESUMEN Los requerimientos de agua potable van en aumento y su disponibilidad está presentando serias dificultades, debido al consumo irracional del sector agropecuario, los dispendios industriales, las incontables fugas de las redes de distribución y la creciente contaminación salina de los mantos friáticos. Desde hace tiempo se conoce que una substancia disuelta disminuye el punto de congelación del agua, R. Watson (1771) observó que el tiempo necesario para que congele una disolución salina, y por lo tanto probablemente también el descenso de su punto de congelación, es proporcional a su concentración. La calibración representa el ajuste y patrón de referencia que hace constar la comparación de un estándar de medición o un equipo de mayor exactitud en actividad de control de la calidad más importante, así como también el desfase electrónico y/o eléctrico, que establece la relación del valor medido por un equipo con un valor convencionalmente real, dando validez y trazabilidad a la medición. El IER se encarga de ofrecer a la parte de investigación en modelos específicos de la desalación por tal motivo de los escases de agua dulce, proporcionando proyectos de tal manera que sea sustentable para su consumo factible. Por ello en el presente trabajo se propone la implementación de sensores de temperatura llamados termopares o termocupla para hacer posible dicho actividad del proyecto a realizar, los sensores serán calibrados para el desarrollo de pruebas de desalinización de agua de mar por el método de congelación, con el objetivo de detección de las temperaturas y su balance en el momento y punto de congelación. Analizar el método de congelación del agua de mar y sus diferentes opciones tecnológicas para su desalinización, desde el punto de vista técnico y económico, así como sus diferentes impactos. TSU EN MECATRÓNICA 2 ABSTRACT The requirements for potable water are increasing and its availability has become a serious difficulty due to its irrational consumption in the agricultural sector, the countless leaks in the networks of distribution and the increasing pollution in saline aquifers. It is known that a dissolved substance in water lowers its freezing point. R. Watson (1771) observed that the required time to freeze a saline solution, and therefore maybe it’s lowering in its freezing point, is proportional to its concentration. Calibration represents the adjustment and the referenced pattern that make clear the comparison of a standard measurement or a more accurate equipment in control activity the most important quality, as well as e-gap and / or electrical, which establishes the relationship the value measured by a computer with a conventionally true value, validating and measurement traceability. The IER is responsible for providing the research part of specific types of desalination for that reason of shortage of fresh water, providing projects in a way that is sustainable for feasible consumption. Therefore in this paper the implementation of temperature sensors called thermocouples or thermocouple is proposed for this project activity to make possible the sensors are calibrated for test development desalination of sea water by freezing method with the detection target temperatures and their balance at the time and freezing. Analyze the methodof freezing seawater and its various technological options for desalination in terms of technical and economic terms and their different impacts. TSU EN MECATRÓNICA 3 1. INTRODUCCIÓN TSU EN MECATRÓNICA 4 1.1 Introducción. El IER U.N.A.M. es el principal instituto de investigación en energías renovables en México, participa en la formación de recursos humanos de alto nivel a través de los programas de posgrado y de recursos de educación continua, es reconocido a nivel internacional por su trabajo y desempeño, en el IER tiene como fin generar conocimiento de frontera sobre los temas de energía, desde un ámbito multidisciplinario entre las áreas físico matemáticas, químico biológicas, económicas y de las ingenierías, así como investigar nuevas tecnologías para la generación, conversión, transmisión, utilización, almacenamiento e impactos de la energía , en particular de la fuentes renovables, contribuyendo así al desarrollo sustentable del país además sus departamentos cuentan con laboratorios y equipos especializados para diferentes áreas de investigación. Congelación. Se basa en el hecho de que las sales disueltas son naturalmente excluidas durante la formación de cristales de hielo. Para desalar agua usando este método, los componentes no salinos son removidos en el tiempo apropiado del proceso de congelación, y el congelado es lavado y enjuagado para remover cualquier sal adherida a los cristales del hielo. El hielo es entonces descongelado para producir agua dulce. Por tal motivo a los requerimientos de investigación que tiene el instituto, está orientado hacia la implementación de sensores de temperatura a un adquisidor de datos con el objetivo en la detección de fases y decrementos de temperatura en la desalinización de agua de mar por el método de congelación. Como resultado se utilizó un equipo de medición para posible desarrollo en el proyecto, un adquisidor de datos con termopares y la configuración de la computadora para la detección de las temperaturas en agua salinas. TSU EN MECATRÓNICA 5 1.2 Justificación. El mínimo trabajo de entrada requerido se incrementa cuando decrece la salinidad del agua fresca producida. Por lo tanto, se necesita más trabajo para producir agua con menor salinidad que permanece casi constante para relaciones de recuperación de hasta un 80%. Esto es especialmente cierto a bajas salinidades. Por lo tanto, la operación de plantas de desalinización a bajas tasas de recuperación reduce la eficiencia del sistema y en consecuencia, aumenta los costos de energía por unidad de agua producida. El mínimo trabajo de entrada se amplió para un proceso de separación incompleto, que es el caso de todos los procesos de desalinización prácticos y este trabajo puede determinarse para cualquier salinidad del agua salina entrante y la relación de recuperación. Se muestra que existen límites inferior y superior para el mínimo trabajo correspondiente a las relaciones de recuperación de 0 a 100%, respectivamente. La desalación de agua de mar comúnmente no está desarrollado en trabajos de investigación, ni en los sistemas de congelación que contribuyen a sus necesidades, actualmente los equipos son escasos para realizar pruebas. Es por ello que se realiza en el presente trabajo aportar en métodos de calibración en sensores de temperatura, para los comportamientos de temperatura utilizando equipos técnicos y así cumplir con los requerimientos del sistema. 1.3 Objetivo general. Calibración e implementación de sensores de temperatura tipo “K” y "T", para un adquisidor de datos Keithley 2701. TSU EN MECATRÓNICA 6 1.4 Objetivos particulares. Conocer las características técnicas de los sensores de temperatura tipo “K” y “T”. Uso y operación del equipo de calibración EMETEK JOFRA. Estudio de métodos de calibración en sensores de temperatura. Calibración de los sensores de temperatura tipo K y T en nueve puntos. Pruebas y resultados. TSU EN MECATRÓNICA 7 2. MARCO HISTÓRICO TSU EN MECATRÓNICA 8 2.1 Antecedentes Históricos En 1985 se establece en la ciudad de Temixco del estado de Morelos, el Laboratorio de Energía Solar (LES), del Instituto de Investigaciones en Materiales. Dada la consolidación académica que logró el laboratorio, EN 1996 ÉL LES SE TRANSFORMA EN EL CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN ENERGÍA (CIE). Derivado de la fortaleza y madurez en las áreas de investigación básica, aplicada y desarrollos tecnológicos que dan respuesta a los nuevos contextos económicos, ambientales y sociales del país, el Centro de Investigación en Energía (CIE) SE CONVIRTIÓ EN INSTITUTO DE ENERGÍAS RENOVABLES (IER), POR ACUERDO UNÁNIME DEL CONSEJO UNIVERSITARIO EL DÍA 25 DE ENERO DE 2013. Actualmente el IER es el principal instituto de investigación en energías renovables en México, participa en la formación de recursos humanos de alto nivel a través de los programas de posgrado y de cursos de educación continua de alta especialización que aquí se imparten. ACTUALMENTE EL IER ES SEDE DE LA LICENCIATURA EN INGENIERÍA EN ENERGÍA RENOVABLES, una carrera que otorga una formación integral a futuros profesionales en temas de Energías Renovables. En el IER se realizan acciones de relevancia en vinculación y divulgación con los sectores público, privado y social. La investigación que se realiza en el IER tiene como fin generar conocimiento de frontera sobre los temas de energía, desde un ámbito multidisciplinario entre las áreas físico matemáticas, químico biológicas, económicas y de las ingenierías, así como investigar nuevas tecnologías para la generación, conversión, transmisión, utilización, almacenamiento e impactos de la energía, en particular de la fuentes renovables, contribuyendo así al desarrollo sustentable del país. TSU EN MECATRÓNICA 9 2.2 Misión. Realizar investigación científica básica y aplicada en energía, con énfasis en energías renovables, que coadyuven al desarrollo de tecnologías energéticas sustentables; llevar a cabo estudios, asesorías y capacitación a los distintos sectores de la sociedad; formar recursos humanos especializados, y difundir los conocimientos adquiridos para el beneficio del país. 2.3 Visión. Ser un Instituto de investigación con liderazgo académico internacional en investigación en energías renovables y temas afines, que propicie el desarrollo científico y tecnológico y permita su aplicación en la solución de problemas relacionados con los ámbitos de la energía y su impacto al medio ambiente para el desarrollo sustentable del país. 2.4 Políticas. Con el fin de reafirmar este liderazgo y su carácter nacional como actor fundamental en la educación superior del país ha promovido como una estrategia de largo plazo, políticas de crecimiento, diversificación y optimización de sus actividades científicas y de investigación. Estas políticas han incluido la descentralización o desarrollo planeado de grupos de académicos e investigadores de excelencia en puntos estratégicos del país. Identificar y proponer programas de vinculación con los actores sociales del Estado y del País. Apoyar a los investigadores en la formulación de convenios institucionales académicos con entidades gubernamentales, educativas, no gubernamentales e industriales. Gestionar e Impulsar la cultura de protección a la capacidad de invención e innovación del personal académico. TSU EN MECATRÓNICA 10 Identificarnichos de aplicación de los productos de investigación en la industria local y nacional. Impulsar la transferencia de tecnologías producto de los conocimientos generados hacia el ámbito industrial, urbano y rural. Coadyuvar en el desempeño de programas y mecanismos para la difusión del quehacer científico. Fomentar los vínculos de colaboración institucionales para la divulgación de la ciencia en los diferentes niveles educativos. 2.5 Valores. PASIÓN Se suele valorar a quien hace bien las cosas, pero más aún a quien las hace bien con entrega y entusiasmo que contagia a los demás. Por eso trabajar o realizar una tarea con pasión es lo contrario al desgano, la mediocridad o el simple cumplimiento del deber. PERSEVERANCIA Consiste en seguir valientemente el camino que hemos elegido, la tarea que tenemos por delante. Nos permite enfrentar los retos y las dificultades con valor, sin dejarse vencer fácilmente, sino, por el contrario, superando estos retos, sin perder de vista nuestros objetivos y metas. SOLIDARIDAD Todos somos interdependientes y vulnerables, pero a veces actuamos como si no lo supiéramos. La solidaridad crea redes de apoyo para ayudar a quienes lo necesitan, cuando lo necesitan. La red mínima es la de una persona ayudando a otra, pero mientras más se extiende este principio empático, se crean redes más sólidas a la vez que flexibles y eficientes. La ayuda solidaria implica el TSU EN MECATRÓNICA 11 desinterés de no esperar algo a cambio, pero sí es justo reconocer públicamente la ayuda solidaria, así como el compromiso que ella implica. INTEGRIDAD ACADÉMICA Implica actuar con honestidad sin mentir, plagiar, inventar datos, ni hacer trampa en las actividades que nos corresponden en el ámbito académico, tanto en la docencia, la investigación o la difusión. Conlleva respetar y citar los trabajos, publicaciones e ideas que otros han generado, no adjudicándolos como propios, sino dando siempre el crédito a los autores originales. También consiste en cumplir con todas nuestras obligaciones y compromisos de estudio y trabajo, así como tratar con respeto y justa consideración a todos los miembros de nuestra comunidad universitaria, actuando en todo momento, por propia convicción, como la Universidad y la sociedad esperan de nosotros. IGUALDAD Si bien las personas somos diferentes y debemos ser valoradas en nuestras particularidades, la igualdad es la aspiración a que las necesidades de todos sean tomadas en cuenta con la misma importancia, sin privilegiar a unos o discriminar a otros, para que todos tengan los mismos derechos, sin importar sus diferencias de género, origen étnico, estrato socioeconómico, identidad u orientación sexual, inteligencia, apariencia física, estatus o cualquier otra. CALIDAD DE VIDA Consiste en el bienestar general de las personas y las sociedades, y se basa en las condiciones objetivas de vida en todas sus dimensiones: salud, vivienda, alimentación, educación, trabajo, medio ambiente, reconocimiento social, ejercicio de derechos civiles como la libertad de expresión), afecto y empatía con los demás, etc., por eso el concepto de calidad de vida no se reduce a los aspectos materiales, como el ingreso y los bienes. En el pasado, los filósofos se preguntaban sobre las condiciones para alcanzar la felicidad y la “vida buena”; en nuestra época se ha añadido la satisfacción personal como un indicador TSU EN MECATRÓNICA 12 fundamental de la calidad de vida, y ésta implica sentirse útil, reconocido, estimado, respetado por los demás; y a la vez, ser capaz de ayudar a otros, reconocerlos, y poder desarrollar afectos y sentimientos amorosos por otras personas y por otros seres vivos. COMPROMISO Consiste en ser fieles a las decisiones que son producto de nuestra libertad, sin apartarse arbitrariamente de los objetivos que nos hemos planteado, sino seguir en la dirección que hemos elegido para alcanzar fines benéficos para nosotros y para los demás. Sin el compromiso no podríamos lograr metas, pues cambiaríamos de dirección continuamente. Si no somos capaces de comprometernos, toda la vida social se trastocaría pues no sabríamos qué esperar de los demás y viceversa. AMISTAD Fundamental en la vida es saber que contamos incondicionalmente con alguien que nos estime y comprenda, aunque no siempre piense o esté de acuerdo con nosotros; porque con los amigos podemos sentirnos en libertad y en plena confianza, sin temor a la crítica o al juicio destructivo. Con ellos compartimos proyectos, ideas e ideales, momentos de alegría y de tristeza, buscamos apoyo y consejo, sabiendo así que no estamos solos y que podemos experimentar la riqueza de compartir el mundo. AFAN POR SABER Constituye el impulso básico de la investigación científica, humanística, y también de la creación artística. En los niños se expresa desde temprana edad como asombro ante la realidad y como necesidad de encontrar sentido a las cosas. Por ello, como los niños, no debemos dejar nunca de preguntarnos por las razones y las causas de todo lo que nos rodea; es preciso investigar e indagar el mundo para entenderlo y para poder transformarlo. TSU EN MECATRÓNICA 13 EQUIDAD DE GÉNERO Nuestra sociedad aún tiene mucho que hacer para lograr la igualdad de oportunidades de desarrollo para hombres y mujeres, de acuerdo con sus propias condiciones y necesidades. Porque en nuestra sociedad, como en muchas otras, las oportunidades han sido desiguales en el pasado y se ha marginado generalmente a las mujeres. Por ello realizar la equidad de género significa construir las bases de una sociedad sin exclusión ni desigualdad de género, que no mantenga más las diferencias injustas de trato, derechos y oportunidades entre mujeres y hombres. RESPONSABILIDAD Apela a la capacidad de las personas de responder por las consecuencias de sus actos. Esto implica el desarrollo de cualidades como la madurez, la sensatez, la honradez y el valor, para reflexionar continuamente hacia dónde nos llevan nuestros actos, y cómo y a quién afectan, y en su caso, asumir o reparar esas consecuencias, sobre todo cuando implican efectos negativos para los demás. Asimismo, implica asumir los compromisos y obligaciones sociales, laborales o familiares que tenemos para con otros. Así pues, la responsabilidad conlleva hacerse cargo de nosotros mismos y de otros que dependen de nuestras acciones y, que por ello, confían en nosotros. LAICIDAD Las creencias religiosas y las convicciones ideológicas son respetables en su ámbito privado, pero no deben confundirse o mezclarse en el ámbito público de las decisiones científicas, legales y morales, ya que no expresan el sentir de todos ni suelen basarse en razones sólidas e incontrovertidas. La laicidad no se opone a las religiones o a las ideologías, sólo les señala un límite: en el espacio de las decisiones públicas que nos conciernen a todos, como en la educación, la atención de la salud, o en el cuidado del medio ambiente, se debe argumentar con razones y evidencias, datos y hechos comprobables y verificables. Por eso la laicidad se apoya en el ejercicio de la razón y la argumentación científica como TSU EN MECATRÓNICA 14 medios para llegar a acuerdos y consensos. Toda opinión es valiosa y tiene el derecho de ser expresada en lo público, todas las creencias individuales o colectivas son respetables; pero ninguna de ellas ni ningún dogma pueden imponerse a todos, aunque sean creencias de la mayoría, ni mucho menos deben guiar las políticas, las leyes o las decisiones más trascendentes del Estado y de la sociedad. Por eso, la laicidad implica la búsqueda permanente de la verdad mediante el ejerciciolúcido de la razón, del diálogo y la opinión pública argumentada. RESPETO Implica tener consideración por los otros, cercanos y no cercanos, humanos y no humanos. El respeto marca los límites a nuestras acciones para que no perjudiquen a los demás; es no tomar lo que no me pertenece, escuchar sin descalificar, no dañar ni ignorar a los otros; compartir el espacio sin invadir el ajeno, no perturbar la tranquilidad o el trabajo de los demás, considerar sus necesidades y condiciones de existencia; es no interrumpir, ni molestar con mis acciones o mis palabras a aquellos con los que comparto mi ámbito vital. AUTONOMÍA Consiste en el actuar o regirse por uno mismo de acuerdo con principios o normas que hemos elegido libremente y que podemos justificar. Etimológicamente, significa darse una ley a uno mismo. La autonomía se opone a la heteronomía, que consiste en actuar siguiendo sólo lo que dicen los demás por presión o por coacción. Es autónomo quien se pone límites a sí mismo, y no el que hace cualquiera cosa por sí mismo, sin poderla justificar como correcta o adecuada. LIBERTAD DE EXPRESIÓN Es un derecho humano fundamental a pensar y decir lo que uno quiera, independientemente de si las opiniones son correctas, verdaderas o prudentes. Se ha discutido mucho si debe haber o no un límite a esta libertad. El límite es TSU EN MECATRÓNICA 15 cuando la opinión tiene la intención deliberada de dañar o agredir a otros, entonces la expresión se convierte en un acto de violencia o de incitación a la violencia y, por ello, en ese caso debe ser sancionado. HONESTIDAD Ser honesto es el actuar con transparencia y sinceridad siendo congruente entre lo que se dice y lo que se hace. Por ello, quien es honesto es digno de confianza, pues no simula o engaña a los demás, ni viola las normas de convivencia o toma lo que no le corresponde. Al mismo tiempo, la honestidad conlleva apegarse a la verdad y acatar aquellas normas fundamentales para la convivencia. TOLERANCIA Se ha definido tradicionalmente como la capacidad de “soportar” o admitir las diferencias que tenemos con los demás, en cuanto a nuestras opiniones, creencias, orientación sexual, preferencias, formas de vida, de hablar y de actuar. La tolerancia implica, por un lado, respetar al otro tal como es y aceptar su derecho a ser diferente; pero por otro lado, no implica necesariamente concordar con él o ella o compartir sus prácticas, expresiones, ideas o formas de vida. La tolerancia es una virtud recíproca; es decir, implica que todos debemos ser tolerantes unos con otros y no ejercer violencia ni obligar a los demás a que se comporten del modo en que uno considera que sea el mejor. El límite de la tolerancia es la intolerancia o el actuar con violencia sobre los demás. 2.6 Principales áreas de la empresa. Departamento de materiales solares. Departamento de sistemas energeticos. Departamento de termociencias. TSU EN MECATRÓNICA 16 2.7 Descripción del área de realización de estadía. Departamento de sistemas energéticos. El objetivo de este Departamento es realizar investigación y desarrollo tecnológico para el aprovechamiento de las fuentes renovables de energía; contribuir a la apropiación de tecnología avanzada por instituciones nacionales; conocer los impactos, presentes y futuros de la energía en la sociedad, prestar servicios y educar en el área, para contribuir al desarrollo sustentable del país. 2.8 Organigrama. El instituto de energías renovables está conformado por: Dirección. Consejo interno. Comité técnico. Departamento de materiales solares. Departamento de sistemas energéticos. Departamento de termocencías. Secretaria académica. Secretaria administrativa. Secretaria técnica. Secretaria de gestión tecnológica. Coordinación de docencia. TSU EN MECATRÓNICA 17 Figura 1. Organigrama. TSU EN MECATRÓNICA 18 3. MARCO TEÓRICO TSU EN MECATRÓNICA 19 3.1 Calibración. La calibración se define como: “la comparación de un estándar de medición, o de un equipo, con un estándar o equipo de mayor exactitud, para detectar y cuantificar imprecisiones y reportarlas o eliminarlas mediante un ajuste” (EPA, 2008). En este sentido, la calibración es la actividad de control de calidad más importante dentro de la medición, ya que establece la relación del valor medido por un equipo con un valor convencionalmente real, dando validez y trazabilidad a la medición. La trazabilidad es un concepto fundamental que debe considerarse en los programas de calibración. Se define trazabilidad como: “propiedad del resultado de una medición o del valor de un patrón, tal que esta pueda ser relacionada con referencias determinadas generalmente patrones nacionales o internacionales, por medio de una cadena interrumpida de comparaciones teniendo todas incertidumbres determinadas”. 3.1.1 Calibración de temperatura verdadero. A fin de mantener una calidad constante de los productos fabricados, es necesario realizar calibraciones periódicas en los sensores e instrumentos de proceso. Hay varias filosofías para la calibración de los circuitos de medición y control. La base del método elegido debe ser siempre de incluir el sensor de temperatura. No tiene sentido sólo para calibrar y ajustar la parte electrónica del bucle. Una regla de oro dice que sólo el 10% del error total es en la electrónica, el otro 90% es debido al elemento de detección. Por lo tanto, es esencial que el sensor de temperatura se prueba, lo que significa expuestos físicamente a la temperatura deseada. Un calibrador de bloque seco es un método fácil para crear la temperatura "proceso". La salida del sensor se puede tomar de cualquier parte del bucle. Y el resto del bucle puede ser probado electrónicamente. Figura 2, proceso de calibración de temperatura. (WWW.AMETEKCALIBRATION.COM, 2012). TSU EN MECATRÓNICA 20 Figura 2. Proceso de calibración. 1. La salida del sensor prima. 2. Después de un transmisor (V, A, °C, Ω, f,). 3. La lectura manual en un indicador. 4. Los datos de control en la sala de control. 3.2 Termopar. Un termopar está constituido por dos metales diferentes, unidos físicamente en sus extremos. En la unión se crea una diferencia de potencial que depende de la temperatura (efecto termoeléctrico), que comparada con la que se genera en otra unión similar sometida a condiciones térmicas de referencia, da una medida de la temperatura existente en la primera unión, Figura 3. Ilustración de un Termopar o también llamado Termocupla. (WWW.JMI.COM.MX, 2013) Figura 3. Termopar o termocupla. TSU EN MECATRÓNICA 21 Desde el punto de vista constructivo, la unión puede hacerse por contacto (arrollamiento), o soldadura. Para conseguir la inmunidad requerida frente al medio en función de los materiales y del ambiente de trabajo, el termopar puede aparecer al aire o incluido dentro de una vaina protectora (lo que resulta determinante en la velocidad de respuesta). En este último caso, la unión puede conectarse a la vaina (puesta a tierra) o quedar eléctricamente aislada. 3.2.1 Tipos de termopares. COBRE – CONSTANTANO (TIPO T) Están formados por un alambre de cobre como conductor positivo y una aleación de 60% de cobre y 40% de níquel como elemento conductor negativo. Tiene un costo relativamente bajo, se utiliza para medir temperaturas bajo o 0 °C. Y como límite superior se puede considerar los 350º C, ya que el cobre se oxida violentamente a partir de los 400º C. Termoelementopositivo: Cu 100% Termoelemento negativo: Cu55%, Ni45% Rango de utilización: -270ºC a 400º CF.E.M. producida: -6,258 mV a 20,872 mV CHROMEL – ALUMEL (TIPO K) Una aleación de 90% de níquel y 10% de cromo es el conductor positivo y un conductor compuesto de 94% de níquel, 2% de Aluminio, 3% de manganeso y 1% de Silicio como elemento negativo. Este termopar puede medir temperaturas de hasta 1200º C. Ya que el níquel lo hace resistente a la oxidación. Se los utiliza con mucha frecuencia en los hornos de tratamientos térmicos. Su costo es considerable lo que limita su utilización. Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10% Termoelemento negativo: Ni95%, Mn2%, Si1%, Al 2% Rango de utilización: -270ºC a 1200º CF.E.M. producida: -6,458 mV a 48,838 mV TSU EN MECATRÓNICA 22 HIERRO – CONSTANTANO (TIPO J) En este tipo de junta el hierro es electropositivo y el constantano electronegativo. Mide temperaturas superiores que el anterior ya que el hierro empieza a oxidarse a partir de los 700º C. No se recomienda su uso en atmósfera donde exista oxigeno libre. Tiene un costo muy bajo y esto permite que su utilización sea generalizada. Termoelemento positivo: Fe99,5% Termoelemento negativo: Cu55%, Ni45% Rango de utilización: -210ºC a 760º CF.E.M. producida: -8,096 mV a 42,919 mV PLATINO RODIO – PLATINO (TIPO R) Tienen como conductor negativo un alambre de platino y como conductor positivo una aleación de 87% de platino con 13% de sodio. Este tipo de junta desarrollada últimamente con materiales de alta pureza son capaces de medir hasta 1500º C si se utilizan las precauciones debidas. Son muy resistentes a la oxidación pero no se aconseja su aplicación en atmósferas reductoras por su fácil contaminación con el hidrógeno y nitrógeno que modifican la respuesta del instrumento. Termoelemento positivo: Pt87%, Rh13% Termoelemento negativo: Pt100% Rango de utilización: -50ºC a 1768º CF.E.M. producida: -0,226 mV a 21,101 mV PLATINO RODIO – PLATINO (TIPO S) El conductor positivo es una aleación de 90% de platino y 10% de Rodio mientras que conductor negativo es un alambre de platino. Sus características son casi similares al termopar anterior con la diferencia que no puede usarse a temperaturas elevadas porque los metales no son de alta pureza produciendo alteraciones de la lectura a partir de los 1000º C. en adelante. Termoelemento positivo: Pt90%, Rh10% TSU EN MECATRÓNICA 23 Termoelemento negativo: Pt100% Rango de utilización: -50ºC a 1768º CF.E.M. producida: -0,236 mV a 18,693 m MOLIBDENO – RENIO Fue desarrollado recientemente y se utiliza para temperaturas inferiores a los 1650º C. Se recomienda usarlos en atmósferas inertes, reductoras o vacías ya que el oxígeno destruye al termopar. TUNGSTENO – RENIO Al igual que el anterior fue recientemente creado y no tiene datos normalizados de temperatura y mili voltajes. Puede medir temperaturas de hasta 2000º C, el oxígeno y los cambios bruscos de temperaturas destruyen al termopar. Funcionan perfectamente en atmósferas reductoras e inertes si se los protege con funda cerámicas. IRIDIO – IRIDIO RODIO Puede medir como máximo 2.000 °C. Su uso es recomendable en atmósferas oxidantes que contienen oxigeno libre. El Hidrógeno produce alteraciones permanentes en el termopar, reduciendo además su vida útil. TUNGSTENO – TUNGSTENO RENIO Tiene igual utilización que el tungsteno renio con la única diferencia que genera mayor mili voltaje por grado. En la siguiente gráfica se muestra el mili voltaje generado por los termopares a diversas temperaturas de su junta caliente y con su junta fría a una temperatura de referencia de 32º F o 0 °C. Los tipos de termopares los podemos identificar con un código de colores, el cual varía dependiendo del país del fabricante, Figura 4. Tabla de los tipos de termopares. (WWW.FORMATIVOSPROFESIONALES.COM., 2013) TSU EN MECATRÓNICA 24 TIPO DE TERMOPAR METALES RANGO DE TEMPERATURA B + PLATINO – 30% RODIO PLATINO – 6% RODIO 0 a 1700 °C C + TUGSTENO – 5%RENIO TUGSTENO – 26% RENIO 0 a 2320 °C E + NIQUEL – CROMO COBRE – NIQUEL -200 a 900 °C J + HIERRO -COBRE – NIQUEL 0 a 750 °C K + NIQUEL – CROMO -NIQUEL – ALUMINIO - 200 a 1250 °C N + NIQUEL -14,2% CROMO – 1,4% SILICIO NIQUEL -4,4% SILICIO – 0,1% MAGNESIO -200 a 250 °C R + PLATINO – 13% RODIO PLATINO 0 1450 °C S + PLATINO – 10% RODIO PLATINO 0 a 1450 °C T + COBRE COBRE – NIQUEL -200 a 350 °C Figura 4. Tipos de termopares. A continuación algunas normas y referencias más utilizadas en el uso y calibración de termopares normalizadas por métodos de calibración por comparación. ASTM E220-86. 1996. Standard Test Methlod of Calibration of Thermocouples Comparison Techniques. ASTM American society for Testing and Materials. TSU EN MECATRÓNICA 25 ANSI/MC96.1-1992 Temperature Measurement thermocouples. ISA Instruments Society of America. IEC 584-1. 1995. (EN 60584-1: 1996). Thermocouple, Part 1: Reference tables. IEC international Electronichnical commission. Efecto Seebeck. Cuando las uniones de dos conductores se unen por sus extremos para formar un circuito, y se colocan en un gradiente de temperatura se manifiesta un flujo de calor y un flujo de electrones conocido como corriente seebeck. La fuerza electromotriz (FEM) que por lo general la corriente se conoce como fuerza electromotriz de termopar o tensión seebeck. El coeficiente Seebeck (S) se define como la derivada de dicha s = ���� tensión (E) con respecto a la temperatura (T) Efecto Peltier. Descubrimiento por Jean C. A. Peltier en 1834, consiste en el calentamiento o enfriamiento de una unión entre dos metales distintos al pasar corriente por ella. Al invertir el sentido de la corriente se invierte también el sentido del flujo de calor. Este efecto es reversible e independiente del contacto. Después solo de la composición y de la temperatura de la unión. Efecto Thompson. Descubrimiento por William Thompson (Lord Kelvin) en 1847- 54, consiste en la absorción o liberación de calor por parte de un conductor homogéneo con temperatura no homogénea por el que circula una corriente. El calor liberado es proporcional a al corriente y por ello, cambia de signo al hacerlo en sentido de la corriente. Se absorbe calor si la corriente y el calor fluyen en direcciones opuestas, y se libera calor si influye en la misma dirección. TSU EN MECATRÓNICA 26 3.3 Autotransformador variable (variac). Los Transformadores Variables Series 1510/1520 son dispositivos de control de tensión de corriente alterna de alta fiabilidad, fiable y preciso.La bobina de transformador variable 1510 de 120 voltios tiene una potencia de 15 amperios para cargas de corriente constante; mientras que el transformador variable 1520, de 240 voltios tiene una potencia de 9,5 amperios para cargas de corriente constante. Nominales de impedancia constante en las especificaciones. Pueden funcionar a frecuencias entre 50 y 2000 Hz con reducción de potencia en alta que la frecuencia nominal, Figura 5. Muestra de un Autotransformador variable. (WWW.VARIAC.COM/STACO_VARIABLE_TRANSFORMER_1510., 2013) Figura 5. Autotransformador variable (variac). Figura 6. Vista del extremo del cepillo. TSU EN MECATRÓNICA 27 3.4 Calibrador Jofra. El JOFRA SERIE PTC-155 es el primer calibrador de bloque seco en el mercado que ofrece la más amplia gama de temperatura para los bloques de refrigeración de 125 ° C hasta -25 ° C proporciona la calibraciónde temperatura de precisión de los sensores, cualquiera que sea el tipo o formato. El profesional calibrador de temperatura del bloque seco - el PTC- JOFRA® 125, es un calibrador de temperatura versátil disponible con un rango de temperatura que hace que sea especialmente ideal para su uso en el cuidado de la salud, médicos, farmacéuticos, la biotecnología y las industrias de alimentos Esto se logra a través de una innovadora tecnología de calefacción de doble zona activa conocida. El calibrador tiene un sistema de calefacción y refrigeración aumento de la velocidad en comparación con todos los otros calibradores. Calefacción y refrigeración de velocidad se ha incrementado hasta en un 20%. La implicación es el ahorro, tanto en las paradas de producción y los costos de calibraciones generales, Figura 7, imagen de un calibrador Jofra serie PTC. (WWW.JOFRA.COM, 2012) Figura 7. Calibrador Jofra serie PTC. TSU EN MECATRÓNICA 28 Mejora de la homogeneidad de la temperatura. Bloque de doble zona activa asegura una buena homogeneidad de la temperatura en la zona de calibración. Certificado. ISO 9001 Certificado ISO 17025 DANAK Approval Están en conformidad con la norma siguiente (s) u otros documentos normativos. Equipos eléctricos de medida, control y uso en laboratorio - Requisitos de compatibilidad electromagnética en entorno estándar y localización industrial. La inmunidad a los campos según IEC 61000-4-3 se reduce de 10 V / m para 3V / m en algunas frecuencias Sensores de referencia Inteligentes. Sensores de referencia JOFRA se suministran con enchufes inteligentes, que contiene datos de calibración (coeficientes) de la sonda de referencia. Un sistema de calibración verdaderamente pluging play (enchufe de inicio). Ahorro de tiempo. Alta velocidad de calentamiento y enfriamiento. 350 ° C en sólo 7 minutos. Accesorios. 122771 Conector Mini-Jack de salida de relé estable 120516 TERMOPAR CONECTOR MACHO - Tipo J - Negro 120517 TERMOPAR CONECTOR MACHO - Tipo K - Amarillo 120514 TERMOPAR CONECTOR MACHO - Tipo N - Orange 120515 TERMOPAR CONECTOR MACHO - Tipo T – Azul 120518 TERMOPAR CONECTOR MACHO - Tipo R/S - Verde 120519 TERMOPAR CONECTOR MACHO - Tipo de Cu-Cu – Blanco http://www.ametekcalibration.com/Admin/Public/DWSDownload.aspx?File=%2fFiles%2fFiler%2fDiverse%2fISO_certificate.pdf TSU EN MECATRÓNICA 29 3.4.1 Principio de bloque seco. El principio de un calibrador de bloque seco es básicamente muy simple: 'Calentar un bloque de metal y mantener la temperatura estable.' Este diseño básico le da al usuario una gran cantidad de ventajas en comparación con los baños líquidos más tradicionales. - El calentamiento y enfriamiento más rápido - rangos de temperatura mucho más amplio - Físicamente más pequeños y ligeros - Diseñado para aplicaciones industriales - Modelos con soluciones de calibración completamente integrada Imagen: 1. Sensor bajo prueba 2. Bloque sólido de metal (bloque seco) 3. Insertos intercambiables para el sensor bajo prueba 4. Sensor interno de referencia 5. Los elementos de calefacción 6. Ventilador de refrigeración. Figura 8, muestra del principio de calibración de bloque seco en sensores de temperatura correcta. (WWW.AMETEKCALIBRATION.COM/US/CALIBRATION, 2013) Figura 8. Principio de bloque seco. TSU EN MECATRÓNICA 30 Aspectos importantes que debe recordar al utilizar insertos: - Retire los insertos del pozo con la herramienta de eliminación de inserción. - Quite los insertos después de la calibración, ya que podría causar problemas para eliminarlos más adelante si se quedan en el pozo durante períodos más largos. - Tenga cuidado al retirar los insertos muy calientes o frías y usar equipo protector adecuada si es necesario. - Asegúrese de que los sensores y los insertos estén libres de cualquier partícula de suciedad antes de insertarlos en el pozo. Insertos están diseñados para encajar en el pozo perfectamente maximizando así la conductividad térmica. Si no es el inserto puede estar atascado. - Retire regularmente la acumulación de la suciedad y el polvo de las inserciones y pozos con un paño o detergente. Cosas importantes que debe evitar al usar inserciones: -.No fuerce insertos o sensores en el pozo. - No deje caer ningún material extraño en el pozo - No utilice aceite u otros líquidos para optimizar la conductividad térmica debido al riesgo de fuga, que destruirá el resto de componentes. - No use inserciones de metales diferentes a la de la manzana, a menos que lo especificado por el fabricante, ya que podría causar un diferente grado de expansión y contracción. 3.4.2 Elección de inserto correcto. Uso de plantillas de otros calibradores JOFRA. A menudo los clientes creen que pueden utilizar inserciones de otros modelos de calibradores de temperatura JOFRA. Obtenemos consecuencias y quejas sobre Errores en las especificaciones de temperatura. Incluso si el diámetro es TSU EN MECATRÓNICA 31 correcto, la longitud podría no ser. En este caso el tubo de inserción es demasiado alto. Esto da un flujo de calor de la parte superior del pozo y la uniformidad de la temperatura cambiará drásticamente. Figura 9, uso de platillas de calibradores. (WWW.AMETEKCALIBRATION.COM/US/CALIBRATION, 2013). Figura 9. Uso de plantillas de otros calibradores Jofra. El uso de insertos que son demasiado pequeños. El uso de tubos de inserción con diámetros que son demasiado pequeños crea otro problema. La transferencia de calor entre el pozo y el tubo de inserción es insuficiente, ya que el aire alrededor del tubo tiene un efecto aislante. Esto hará que la temperatura muy inestable e incapaz de alcanzar el valor fijado. Este problema también es aplicable al uso de 6 mm y 1/4 pulgadas (6,35 mm) orificios del sensor. A pesar de que esta combinación puede parecer a su altura le da una muy mala transferencia de calor como los sensores no tienen aún en contacto con el tubo de inserción. Figura 10, muestra de uso correcto. (WWW.AMETEKCALIBRATION.COM/US/CALIBRATION, 2013). TSU EN MECATRÓNICA 32 Figura 10. Uso de insertos que son demasiado pequeños. El uso de insertos hechos del material "equivocado". Inserciones hechas en casa se pueden hacer de una manera muy profesional con la longitud y el tamaño correcto, pero el material utilizado para las inserciones podría causar problemas y resultados equivocados. Si las especificaciones, por ejemplo, se aplican a un inserto de latón, no es una buena idea utilizar inserciones de aluminio o de otros materiales debido a la diferencia de conductividad. Para obtener el resultado correcto y para hacer que la medida calibrador correctamente, por lo tanto, es sumamente importante utilizar el material adecuado para las inserciones. Figura 11, muestra de uso de materiales equivocados. (WWW.AMETEKCALIBRATION.COM/US/CALIBRATION, 2013) Figura 11. Uso de insertos hechos del material "equivocado". TSU EN MECATRÓNICA 33 El uso de insertos con orificios del sensor demasiados cortos. Al perforar sus propios insertos es un error común de hacer los orificios del sensor demasiado corto. El uso de este tipo de inserto puede influir en el gradiente de temperatura, como el calibrador se calibró inicialmente en la parte inferior del pozo. Figura 12, muestra de uso con orificios cortos. (WWW.AMETEKCALIBRATION.COM/US/CALIBRATION, 2013) Figura 12. Uso de insertos con orificios del sensor demasiados cortos. El uso de insertos sin usar un tapón de aislamiento. Todos los calibradores de temperatura de enfriamiento JOFRA se suministrancon un tapón de aislamiento, para ser colocado en la parte superior del pozo. El diseño de este tipo de calibradores requieren tal dispositivo, y los calibradores también han sido calibrado con el tapón de aislamiento. Hay un gran flujo de calor fuera del pozo, y si el tapón no se usa durante la calibración, causará problemas para alcanzar la temperatura de ajuste del calibrador. Figura 13, muestra de uso sin usar tapón de aislamiento. (WWW.AMETEKCALIBRATION.COM/US/CALIBRATION, 2013) TSU EN MECATRÓNICA 34 Figura 13. El uso de insertos sin usar un tapón de aislamiento. El uso de insertos con el tamaño correcto, agujeros y el material. Para evitar problemas, pérdida de tiempo y para conseguir el uso óptimo de su calibrador recomendamos que use inserciones de AMETEK Calibration Instruments y cuando sigan las especificaciones. Figura 14, muestra de uso correcto (WWW.AMETEKCALIBRATION.COM/US/CALIBRATION, 2013) Figura 14. Inserto correcto, agujeros y el material. 3.4.3 Ametek Jofra series PTC. Amplio rango de temperatura PTC-125 -90 a 125 ° C (-130 a 257 ° F) PTC-155 -25 a 155 ° C (-22 a 311 ° F) TSU EN MECATRÓNICA 35 PTC-350 33-350 ° C (91 a 662 ° F) PTC-660 33-660 ° C (91-1220 ° F) Un calibrador se realiza a partir de un trabajo a otro y por lo tanto tiene que pesar lo menos posible. AMETEK ha diseñado los calibradores de PTC para ser ligero y fácil de llevar, sin comprometer la calidad, la durabilidad o la funcionalidad. El PTC-125 pesa sólo 15,2 kg, por lo que es uno de los enfriadores de ultra ligeros del mercado. La serie PTC permite al usuario almacenar hasta 10 configuraciones completas del instrumento. Usted puede almacenar todo tipo de información, incluyendo las unidades de temperatura, los criterios de estabilidad, el uso de sensores de referencia externos, resoluciones, sensores bajo prueba (SUT), conversiones a la temperatura, contrastes de visualización, etc. La configuración se puede recuperar en cualquier momento. Función opcional para el uso de modelo. Al calibrar un dispositivo indicador en el modo de orden de trabajo, los usuarios pueden introducir los resultados durante o después de la prueba. Con la función "info Calibración", el usuario puede ver la tarea de calibración completa, incluyendo el "escenario" antes de la calibración se lleva a cabo. 3.5 Insertos multi-agujero para PTC - métrica (mm). AMETEK ha diseñado un todo-en-uno que lleva el caso que hace posible el almacenamiento de la sonda de referencia en el estuche de transporte con protección física óptima. Hay espacio para las inserciones y aislamiento tapones para cubrir todas las dimensiones por sensor bajo prueba y compartimientos para los cables, manuales, certificados, enchufes, herramientas de inserción, etc. Todos los insertos se suministran con un tapón de aislamiento perforado con los agujeros necesarios. TSU EN MECATRÓNICA 36 Tabla 1. Insertos multi-agujero métrico (mm). Conjunto de cuatro Métricas Multi Insertos, 3 mm a 13 mm (M04, M07, M08 y M09) Tipo de inserto Instrumento código de inserto PTC-125 A/B/C Multi – hole tipo 1 M01 128456 Multi – hole tipo 2 M02 128457 Multi – hole tipo 3 M03 128458 Multi – hole tipo 4 M04 128459 Multi – hole tipo 7 M07 128462 Multi – hole tipo 8 M08 128463 Multi – hole tipo 9 M09 128464 Conjunto de cuatro Métricas Multi Insertos, 3 mm a 13 mm (M04, M07, M08 y M09) Smx 128466 Nota 1: Utilice el código de inserción, al ordenar una inserción de múltiples orificios estándar JOFRA junto con el calibrador de PTC. Cada inserto está diseñado de acuerdo al tipo de dispositivo y material que vaya a calibrarse es por ello tomar en cuenta las indicaciones necesarias así como también las especificaciones el arreglo de su uso. Se caracterizan de acuerdo al modelo a seguir. Sus funcionalidades de esta herramienta es necesaria y debida al parámetro que se mantenga en su estado de utilización ya que esta llega al grado de calor que su requirió. En la figura 15 y 16 se muestra las especificaciones de calibracion necesaria para los dispositivos (sensores de temperatura). TSU EN MECATRÓNICA 37 Figura 15. Inserto multi-hole métrico (mm). Figura 16. Insertos multi- hole métrico (mm). TSU EN MECATRÓNICA 38 3.6 Insertos multi-agujero para PTC - imperial (pulgadas). Todos los insectos se suministran con un tapón de aislamiento perforado con los agujeros necesarios. Tabla 2. Inserto multi-agujero imperial (pulgadas) Pieza de recambio no. para inserciones múltiples hoyos - imperial (pulgadas Codigo de inserto instrumento Código de inserto PTC – 125 A/B/C Multi – hole tipo 5 M05 128460 Multi – hole tipo 6 M06 128461 Multi – hole tipo 10 M10 128465 Conjunto de tres Imperial Multi Insertos, 1/8 to 7/16” (Incl. M05, M06 & M10) SIX 128467 Nota 1: Utilice el código de inserción, al ordenar una inserción de múltiples orificios estándar JOFRA junto con el calibrador de PTC. Figura 17. Insertos multi-hole imperial (pulgada). TSU EN MECATRÓNICA 39 4. METODOLOGÍA TSU EN MECATRÓNICA 40 4.1 Descripción de actividades. 4.1.1 Bitácora. En la bitácora se muestra las actividades realizadas en el periodo de estadías, así como el desarrollo del proyecto complementarias durante la estancia en el Instituto de Energía Renovables U.N.A.M. Tabla 3. Bitácora. Semana 1 Presentación del asesor y tutores externos, integración al proyecto de desalación del agua de mar por el método de congelación. Semana 2 Recorrido por las instalaciones y laboratorios del instituto, análisis teórico para el desarrollo del proyecto. Semana 3 Compra de herramienta y material por parte de la institución para el desarrollo del proyecto. Curso para la utilización de algunos equipos. Semana 4 Curso para la utilización de algunos equipos. Semana 5 Curso para la utilización de algunos equipos. Semana 6 Estudio básico sensores de temperatura y calibración de JOFRA AMETEK PTC-155. Semana 7 Selección de los tipos de termopares para la realización de prácticas y pruebas. TSU EN MECATRÓNICA 41 4.2 Desarrollo del proyecto. 4.2.1 Adquisición, recepción e identificación de equipos. Como responsable de actividad me es constar la selección del equipo que, en cada caso resulta más adecuado. Para ello tiene en cuenta, además de la opinión del personal que los utilizará, lo siguiente: Tipo de equipo Unidades de medida Rango de la medida Divisiones de la escala Incertidumbres de equipo Semana 8 Calibración de los termopares con el equipo JOFRA AMETEK Serie PTC. Semana 9 Pruebas de temperatura con los termopares y búsqueda de información para aplicarlos en la desalación del agua de mar. Semana 10 Revisión de termopares dañados o rotos. Semana 11 Análisis del comportamiento de las temperaturas en diferentes puntos de congelación. Semana 12 Entrega de análisis, resultados y el sistema de detección de temperatura, con la colaboración de compañero de trabajo. Semana 13 Conclusiones del proyecto. TSU EN MECATRÓNICA 42 Condiciones de trabajo Condiciones ambientales Cuando se adquiera el equipo deberé solicitar al proveedor las recomendaciones básicas para su funcionamiento así como el certificado de calibración inicial realizado por un laboratorio acreditado. A la recepción de un equipo, es responsabilidad del personal así como la mismael comprobar que el equipo cumple con los requisitos especificados en el pedido y que contenga toda la documentación solicitada. Posteriormente, la documentación del equipo se archiva en su carpeta correspondiente. En el momento de recepción de un equipo, el responsable técnico determinara si el equipo debe estar sometido a calibración o, bien, no es necesario. En este último caso se coloca en el equipo una etiqueta en lugar visible con el texto “termopar no sometido a calibracion” (ver anexo A) Primero se realizó un estudio amplio de las características de los sensores de temperatura conocidos como termopares o termocupla así como también una investigación de los posibles métodos para el desarrollo de prácticas y pruebas, e implementación en la desalación del agua de mar por el método de congelación con los equipos que la institución tiene destinado para el proyecto. Ya que solo una parte de investigación ha tomado posibilidades en la desalación de agua salina por estos métodos. Operar de manera adecuada el equipo de calibración AMETEK JOFRA así como también sus características, métodos y usos correctos para calibrar. Calibrar los sensores de temperatura termopares tipo “k” n y tipo “T” para un registrador de datos electrónico KEITHLYE 2701, con finalidad de registrar los datos de temperatura que detectaran los sensores. Realizar pruebas con los diferentes procesos de desalación que existen actualmente es dividirlos en dos grupos: 1) aquellos procesos que realizan un cambio de fase para obtener el agua pura, y 2) aquellos procesos que funcionan sin cambio de fase. TSU EN MECATRÓNICA 43 a) Congelación. Este proceso consiste en congelar el agua y recoger los cristales de agua pura formados para fundirlos y obtener un agua dulce independientemente de la concentración del agua inicial. Implementar un equipo de medición de temperatura para la desalación de agua de mar por el método de congelación por los motivos siguientes: La institución cuenta con sensores de temperatura (termopares tipo K y tipo T). Cuenta con un equipo de calibración con rangos de (°C, A, Ω, f, V), adquisidor de datos, Variac (para soldar termopares), Computadora para pruebas. Compra de material y herramienta para el diseño de un corta-hielos. Al tener listo los equipos de medición se inician las prácticas y pruebas de detección de temperaturas bajas. 4.3 Identificación y estado de calibración. Los equipos sometidos a calibración se identifican mediante un número que se asigna de forma correlativa. El responsable técnico incluye a los equipos sometidos a la calibración en el registro denominado “Relación de termopar sometidos a calibración” como mínimo los siguientes datos: Número de identificación del equipo Nombre del equipo Descripción del equipo Marca y modelo del equipo Frecuencia de la calibración Tipo de calibración (interna o externa) TSU EN MECATRÓNICA 44 Referencia del método de calibración Responsable de calibración Con el objetivo de tener todos los equipos identificados y conocer su estado de calibración, a cada uno de ellos se le coloca, en un lugar visible, una etiqueta de “Identificación y estado de calibración” (ver anexo A), que contiene la siguiente información. Número de identificación Fecha de la última calibración Rango de calibración Tipo de termopar El hecho de que lleve pegada la etiqueta debidamente cumplimentando significa que la calibración del aparato en conforme y puede utilizarse. Si se encuentra un equipo en estado no conforme, se le retirara de inmediato la etiqueta de la medida de la posible, se retirara de su lugar de uso habitual en equipos sometidos a calibración de pequeñas dimensiones, mientras que si alguno de ellos se encontrase en estado no conforme se retirara de inmediato del laboratorio. 4.3.1 Soldar termopares. 1. Se optó los sensores de temperatura para llevar a cabo su utilidad en las prácticas del proyecto termopares tipo “K” y tipo “T”. 2. Retirar el modo de protección del termopar a 1cm. Lijar, limar o retirar los restantes de barniz que protege al cable del termopar, hasta dejarla opaca. 3. Se une las dos puntas en forma de cruce en los cables dejando una separación mínima de 1cm para que estos no hagan contacto y generen TSU EN MECATRÓNICA 45 errores al calibrar o registrar datos. Figura 18, Muestra de un termopar con las características anteriores. Figura 18. Cruce y separación de un termopar antes de soldar. 4. Fundir los cables con el variac a una potencia mínima de 20 VCA, creando una pequeña chispa para soldar el cruce de los cables del termopar. Figura 19, Imagen de equipo de soldación de termopares con un autotransformador variable (variac). Figura 19. Equipo para soldar termopares. a) Un variador de VCA. b) Pinzas de punta. c) Un electrodo de carbón. TSU EN MECATRÓNICA 46 Los electrodos de carbón o activado, se utilizan normalmente en operaciones de fusión. Los electrodos de carbón se utilizan en muchos otros sectores, entre ellos: silicona, fósforo amarillo, carburo de calcio y aleaciones de hierro, entre otros. Los electrodos de carbón tienen un ancho de banda de arco mayor, diámetro, estabilización de arco de engrane y mayor eficiencia de fusión, lo que proporciona rendimientos mayores y menor consumo de electricidad para algunas aplicaciones que los electrodos de grafito. Su unidad de medida en la resistencia eléctrica es de µ Ω in. Tiene un Secado del material hasta ± 105 ° C. La reacción del carbón a alta temperatura hasta monóxido de carbono (CO) y, posteriormente, dióxido de carbono (CO2), se forman los microporos que dotarán al carbón activo de una gran superficie específica. La mejor forma de soldar termopares es fundir ambos metales, para así crear una sola fusión entre ellas, ya que al soldarlos con otro tipo de soldadura por ejemplo: El estaño para el uso en electrónica, crea una alta resistividad y esto implica o genera errores al detectar o medir la temperatura, como también a la hora de calibrar. 5. La unión para soldar debe quedar como se muestra en la imagen siguiente. Figura 20, Muestra de un termopar soldado con el variac. Figura 20. Unión de las puntas de un termopar. http://es.wikipedia.org/wiki/Carbono http://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbono TSU EN MECATRÓNICA 47 En el otro extremo de los termopares se dejan descubiertas las puntas para conectarlos a la tarjeta electrónica de datos MULTIMETER/DATA. Figura 21, Foto de la tarjeta del adquisidor de datos con termopares conectados de canal 1 a canal 20. NOTA: Se soldaron 20 termopares, 11 tipo “k” y 9 tipo “T”. Figura 21. Tarjeta de adquisidor de datos. Los canales de entrada de la tarjeta de datos indican H y L, es decir H (entrada), L (salida). Figura 22. Diagrama de conexión. 6. Los sensores se etiquetan de acuerdo a su caracterización, o el tipo de termopar. Se conectaron en las entradas de conexión de la tarjeta del adquisidor de datos de la siguiente manera los tipo “K”, canales 1-2-3-4- 5-11-12-13-14-15 y los de tipo “T” del canal 8-9-10-16-17-18-19-20, los TSU EN MECATRÓNICA 48 canales 6 y 7 quedan libres ya que estos termopares se utilizaran para la calibración de acuerdo al tipo de sensor que se ira a calibrar. Dicho sensores serán implantados al equipo de calibración AMETEK JOFRA (TYEST A CALIBRATION INSTRUMENTS “PTC-155”). 4.3.2 Plan de Calibracióncon Jofra PTC-155. Para confeccionarlo tiene en cuenta los intervalos de calibración definidos en el registro de calibracion y los resultados obtenidos en las calibraciones anteriores, que le permitirán modificar los intervalos de la calibración, acortándolos o alargándolos. El responsable técnico debe asegurarse de que la última calibración vigente sea conocido por los responsables de las calibraciones, para que estas se realicen en las fechas revistas. Calibración. Las calibraciones pueden realizarse internamente o, bien, a través de laboratorios externos acreditados. En el caso de calibraciones externas: El responsable técnico debe revisar y aprobar el informe elaborado por el laboratorio externo. El responsable de la calibracion de un determinado equipo debe establecer de los contactos necesarios con el laboratorio externo a fecha realizada y mantener actualizada la etiqueta del estado del sensor calibrado. En el caso de calibraciones internas: El responsable técnico: TSU EN MECATRÓNICA 49 Elabora las instrucciones de calibracion y las somete a una aprobación conforme. En ella se describe el procedimiento a seguir y se especifica para cada aparato el error máximo permitido, así como la misma. Revisa que los sensores sean cometidos al mantenimiento adecuado que asegure que su manejo, detección y alcance no alteran la exactitud y su ecuación al uso. El responsable de la calibración: Realiza la calibración atendiendo a todo lo especificado en este procedimiento. Una vez obtenidos los resultados ésta deberá ser inferior al “Error máximo permitido” para considerar dicha calibración CONFORME. En caso contrario se considerará NO CONFORME, y se actuará según se explica en el siguiente apartado. Una vez obtenidos los resultados, cumpliendo un “Registro de Calibración de Equipos” se presenta al Responsable Técnico para su aprobación. En este registro consta la siguiente información: a) Número de identificación del equipo b) Fecha de calibración c) Responsable de calibración d) Error máximo permitido e) Resultado de la calibración Mantiene al día la etiqueta relativa al estado de calibración del dispositivo o, en su caso, las marcas de identificación. No conformidades. En el caso de que la calibracion fuese encontrada No conforme, además de actuar según se ha indicado en los apartados anteriores, el responsable técnico evaluara la validez de los resultados obtenidos anteriormente y definirá todas las acciones a realizar. TSU EN MECATRÓNICA 50 En el caso que su equipo sea rechazado por la calibracion, se ajustara, si es posible, o se utilizara para realizar de menor precisión. Cuando ninguna de las dos soluciones anteriores sea posible, el termopar será rechazado y trasladado de inmediato fuera de su lugar habitual de utilización. En caso de que ello no sea posible, se identificará con una etiqueta roja, colocada en lugar bien visible, de “Termopar fuera de uso” (ver Anexo A). 1. Una vez que este configurado el adquisidor de datos de la computadora por la colaboración de mi compañero de proyecto, se introducen los termopares en un tubo específico para iniciar con la calibración. Figura 23, Tubo para calibrar termopares. El cual el tubo se introduce en la parte superior del Jofra Ametek Calibration Instruments. Figura 24, Parte superior del Jofra donde se introduce el tubo para calibrar. Figura 23. Tubo de Inserto para calibrar. El tubo de inserto tiene el funcionamiento de adquirir los sensores que tienden a calibrarse, de manera útil se caracterizan de acuerdo al termopar. El tubo de inserto esta echo con un material capaz de soportar altas temperaturas. TSU EN MECATRÓNICA 51 Figura 24. Pozo de inserto calibrador. Se introduce el sensor de temperatura tipo “T” o tipo “k” al multi-hole (M01 ACT- 125 A/B) que es un tubo de inserción de metal como lo muestra en la figura 20. El tubo de inserción tiene 9 orificios de 4 mm de diámetro y 12cm de profundidad para el sensor de temperatura. Se conecta un termopar del mismo tipo (T, K, J, etc.) con su conector requerido. Figura 25, Conector azul para tipo “T”, conector amarillo para tipo “K”. Figura 26, Termopar tipo “T” con conector requerido conectado al Jofra, este conector varía de acuerdo al tipo de termopar que se va a calibrar. Los conectores tienden a tener la misma caracterización de un termopar, tal y como lo muestra en la figura 25, Cobre - Constantan, Cromo – Aluminio. Figura 25. Conectores de termopares tipo “K” y “T”. TSU EN MECATRÓNICA 52 Figura 26. Conexión del sensor a equipo Jofra. 2. Después de tener todo conectado se inicia el Jofra, que en se muestra en la pantalla de menú principal indicando opciones de avance para configurar la calibración, se realiza lo siguiente. 3. Seleccionar la opción Autostep, con los botones de desplazamiento para continuar con configuración. Figura 27, Muestra de menú principal del calibrador Jofra con captura de pantalla y botoneras de control. Figura 27. Pantalla principal para calibrar. 4. El menú siguiente se cambia el número de Steps (rangos de calibración) en este caso selecciono 9 que serán múltiplos de 10 en 10, que son los TSU EN MECATRÓNICA 53 siguientes: -25°C, -15°C, -5°C, 5°C, 15°C, 25°C, 35°C, 45°C y 55°C como se observa (Figura 28, Menú de configuración de Steps) después seleccionamos next para pasar al siguiente menú. Figura 28. Configuración de pasos para calibrar. 5. En la opción Model configuramos el tipo de termopar (T, K, J, etc.) que se ira a calibrar, una vez ya configurada, iniciamos la calibración con la opción Start (Figura 29. Imagen de la configuración del tipo de termopar a calibrar.) Figura 29. Configuración del tipo de sensor. TSU EN MECATRÓNICA 54 6. Después de los pasos anteriores en la pantalla nos indica el progreso de la calibración y de los Steps, como también los grados de calibrador JOFRA, temperatura jofra – temperatura sensor. Figura 30, Captura de pantalla de la calibración iniciada de los sensores de temperatura. Figura 30. Referencia de desviación temperatura - mV. 7. Para registrar los datos de los termopares conectados al adquisidor de datos se inicia el complemento ExceLINX que está instalado y configurado por el compañero de proyecto. 8. Una vez que la calibración sea un éxito se visualiza, a través de la computadora que está conectado con el adquisidor de datos para comprobar los resultados y que todos los termopares estén en buen estado y sin errores. A continuación se muestra en la Figura 31, Los equipos que se utilizaron para la calibración. TSU EN MECATRÓNICA 55 Figura 31. Equipo para calibrar termopares. A. Laptop en la cual se registran los datos de la calibración. B. Adquisidor de datos KEITHLEY 2701 ETHERNET MULTIMETER /DATA. C. Calibrador para los termopares AMETEK JOFRA (TEST A CALIBRATION INSTRUMENTS “PTC-155”). En dado caso que el termopar sufra desgaste, cortes o errores de adquisición de datos nuevamente este tendrá que ser remplazado o recalibrar, las cuestiones de pruebas de salinidad en bajas temperaturas como por el método de congelación, la resistividad del termopar decremento continuamente a los cambios temperamentales en que se trabaja, por eso es necesario manejarla de manera adecuada para así tener mayor rendimiento (ver anexo B). 4.3.2.1 Especificaciones. Todas las especificaciones de
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