Autores: Rodríguez Quiroz, L1.; Graterol, G. /Centro de Ingeniería Eléctrica y Sistemas (CIES). FIIIDT.
RESUMEN
En ENINSEL, en los laboratorios de Ensayos bajo Norma y de Metrología Industrial de la Fundación Instituto de Ingeniería, se dispone de dos áreas fundamentales en las que la automatización de las mediciones juega un papel muy importante: Metrología Eléctrica y Ensayos de conformidad con normas. El área de Metrología eléctrica desde su nacimiento fue concebida para cumplir con el propósito de automatizar tanto los procesos de calibración como de gestión del sistema de calidad (documentación de resultados, generación de reportes, etc). El área de ensayos de conformidad con norma tiene a la instrumentación virtual como uno de los pilares fundamentales para garantizar la confiabilidad de sus resultados. En este documento se desarrollarán los dos aspectos anteriormente mencionados, desde el punto de vista de la experiencia de trabajo en el laboratorio de Ensayos Bajo Norma de ENINSEL.
LA AUTOMATIZACIÓN Y LA INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL EN LA REALIZACION DE ENSAYOS DE CONFORMIDAD CON NORMAS
Todos los países disponen de un conjunto de normas que constituyen las llamadas Normas Nacionales (en nuestro caso las COVENIN) que son de cumplimiento voluntario y otro conjunto de normas llamadas de obligatorio cumplimiento (en Venezuela Reglamentos Técnicos) que son aquellas que afectan la vida, la seguridad de las personas y medio ambiente. El carácter de obligatoriedad es dado por los Ministerios a través de resoluciones. Para que el Estado (a través de los Ministerios) pueda cumplir con su rol regulador en cuanto a la observancia de las normas obligatorias, es necesario que existan en el país laboratorios de pruebas con capacidad de realizar los ensayos estipulados en la norma. En este sentido la Fundación Instituto de Ingeniería, organismo adscrito al Ministerio de Ciencia y Tecnología, ha venido desarrollando laboratorios de ensayos de conformidad con normas en las áreas de electricidad, ambiente y automotriz. La mayoría de los ensayos implican acciones repetitivas, después de las cuales se deben realizar mediciones. Son estas acciones las que normalmente introducen mayor error en los resultados finales debido a la disponibilidad de la persona para realizar las mediciones cuando se requieran y de manera consistente todas las veces. Es en estos casos donde la instrumentación virtual y la automatización de las acciones, contribuyen notablemente a integrar las mediciones y en consecuencia a mejorar la confiabilidad de los resultados y aumentar la productividad.
Los casos que expondremos a continuación corresponden al área de ensayos eléctricos.
Ejemplo 1
Comprobación de las especificaciones técnicas de catálogo, correspondientes a luminarias fluorescentes ahorrativas activadas por balastos electrónicos.
Se utilizó el Sistema de Mediciones Eléctricas SISMEDE, desarrollado en ENINSEL, el cual ofrece facilidades de medición de parámetros eléctricos tales como la tensión y la corriente instantáneas, para su posterior procesamiento digital. Mediante el SISMEDE, se efectúan cálculos que permiten la inferencia de magnitudes derivadas presentes en el experimento, como son las potencias, distorsión armónica, ángulo de desfasaje entre tensión y corriente, etc. Una prestación adicional del sistema es su capacidad para la representación gráfica del comportamiento en el tiempo de todas las magnitudes medidas e inferidas, para conformar con todo esto una útil herramienta de instrumentación virtual. La unidad de adquisición, en este caso un osciloscopio Hewlett-Packard HP54111D, se encarga de tomar las muestras de tensión y corriente, digitalizarlas y enviarlas al computador personal tipo IBM, mediante la interfase IEEE-488 asociada, el control de las mediciones lo lleva el computador, (ver Fig. 1). Una vez que el computador adquiere la información, la procesa mediante algoritmos de promediación para eliminar el ruido aleatorio; para luego pasar a calcular las tensiones y corrientes, tanto pico como RMS, así como la potencia real, la aparente, el factor de potencia y la distorsión armónica.
El SISMEDE puede acumular resultados de medidas, es decir, puede tomar hasta 50 medidas independientes y posteriormente realizar una correlación gráfica entre cualquiera de las magnitudes medidas o calculadas. Esto último permite al usuario obtener instantáneamente y de manera gráfica las relaciones entre los diversos parámetros. El sistema permite el cálculo de los armónicos de la tensión, corriente y potencia, así como su posterior representación gráfica (Fig. 2), a discreción del usuario, tanto en forma general como detallada, a la vez de exportar los resultados a una hoja de datos tipo EXCEL, con fines de análisis y/o presentaciones posteriores.
Ejemplo 2
Desarrollo de un sistema de medición de temperaturas para la caracterización de hornos usados en la industria de cables eléctricos.
En este caso, se hizo necesario el desarrollo de un instrumento capaz de realizar lecturas casi simultáneas de un número significativo de temperaturas. Para ello, se requirió el uso de una aplicación basada en instrumentación virtual. Aunque existen equipos comerciales que pueden ejecutar estas operaciones sin mayores dificultades, éstos son costosos. Un análisis preliminar de mercado en Venezuela, muestra que existe una cantidad limitada de usuarios que requieren los servicios de caracterización de hornos, por lo que no se justifica la adquisición de instrumentos de esta índole ya sea por parte de ENINSEL o por los propios clientes. Por ello, ENINSEL, evaluó la viabilidad técnico – económica del desarrollo de un sistema de medición de temperaturas basado en una tarjeta GPIB National InstrumentsÒ , el programa Lab ViewÒ, un multímetro digital de 6½ dígitos y termocuplas tipo J. En la fig. 3 se muestran vistas del montaje realizado. Posteriormente, se realizaron las caracterizaciones a hornos pertenecientes a dos importantes empresas fabricantes de cables.
Fig. 3. a) Vista general del montaje realizado, b) Se muestra en primer plano el multiplexor y su fuente, atrás se muestran los elementos de adquisición y medición.
Los procedimientos para la caracterización de hornos usados para la evaluación de aislamiento de cables eléctricos están establecidos en las normas ASTM D5374-93 y ASTM D5423-93. La finalidad es evaluar parámetros tales como la tasa de ventilación, el retardo térmico y el comportamiento tanto temporal como espacial de la distribución de temperatura dentro del horno. Los requerimientos de la caracterización establecen la necesidad del desarrollo un sistema de medición que debe ser capaz de registrar 10 temperaturas casi simultáneamente, permitiendo obtener un conjunto amplio de datos durante un período aproximado de media hora. Estas mediciones deberán ser realizadas diariamente durante 6 días. Por otro lado, el sistema debe ser capaz de guardar la información de manera ordenada en un medio de almacenamiento no volátil, en formato de texto.
La resolución en las medidas debe estar en el orden de las décimas de Celsius, lo que implica que a la salida del transductor (termocupla tipo J, usada en este caso) se establecerán variaciones de tensión que estarán en el orden de los µV. Este hecho hizo necesario la utilización de un multímetro digital de 6½ dígitos, el cual posee la resolución y la incertidumbre requeridas para la medición de estas magnitudes. Los valores registrados por el multímetro, son leídos vía puerto IEEE-488 por un programa de control el cual se encargará de mostrar los valores de temperaturas registrados y guardar la data en un archivo tipo texto, el cual podrá ser editado por aplicaciones tales como Mathcad, Mathlab o Excel, con lo cual se podrán ejecutar los análisis ulteriores a los que haya lugar. Adicionalmente, se desarrolló un multiplexor analógico, el cual se encarga de conmutar secuencialmente la entrada del multímetro con cada una de los 10 transductores de temperatura.
La actividad ejecutada permitió concluir que es viable el desarrollo de aplicaciones de bajo costo en actividades como la de caracterización de hornos, usando un software de instrumentación virtual junto a algún tipo de desarrollo de “hardware” con el cual poder implementar el (los) sistema(s) requerido(s). Esto abre un nuevo abanico de posibilidades para ENINSEL en la implementación de soluciones de medición a la gran variedad de problemas puntuales que se presentan en la industria nacional.
REFERENCIAS
- Graterol, G.; Rodríguez Quiroz, L. Desarrollo de un sistema de medición de temperaturas para caracterización de hornos usados en la industria de cables eléctricos. (2003)
- ENINSEL. Informes de laboratorio
Contacto: luisr@fii.gob.ve