El presente artículo muestra un pequeño banco hidráulico “portátil”, completamente
funcional de forma autónoma, que introducirá al alumno en las medidas con fluidos
ensayando con sensores de caudal de pequeño tamaño

Gómez Gutiérrez, Álvaro Ariel

Leal Díaz, Miguel Ángel

Molina Cantero, Alberto Jesús

Molina Cantero, Francisco Javier

Spanish

idUS. Depósito de Investigación Universidad de Sevilla

BANCO HIDRÁULICO PARA EL ENSAYO DE PEQUEÑOS SENSORES DECAUDALM. Á. LEAL, A. MOLINA, A. ARIEL GÓMEZ,   F. J. MOLINADepartamento de Tecnología Electrónica. Escuela Universitaria Politécnica de Sevilla. Universidad de Sevilla. 41011-Sevilla. España. El presente artículo muestra un pequeño banco hidráulico “portátil”, completamente funcional de forma autónoma, que introducirá al alumno en las medidas con fluidos ensayando con sensores de caudal de pequeño tamaño.  1. IntroducciónTodos sabemos la gran importancia de realizar experiencias prácticas en asignaturas deinstrumentación electrónica, donde el alumno pueda comprobar la problemática de lossensores reales y, puedan apreciar en las medidas que realicen, los errores, la precisión, laresolución... y tantos otros parámetros relacionados.Pero estas experiencias requieren de un material costoso, tanto a nivel de sensores como depatrones o referencias fiables [1]. Todo esto se agrava un poco más si queremos realizaralgún ejercicio donde intervengan líquidos como elemento a medir, por las incómodasrazones de manejo, montaje, fugas, espacio necesario... que todos podemos intuir.El banco de ensayos que hemos diseñado intenta solventar estos problemas, implementando a un bajo coste y en un espacio reducido (tanto, que puede considerarse portátil) un conjuntohidráulico-electrónico que nos permita ensayar caudalímetros y/o contadores de formacómoda y segura.2. Descripción generalTal y como podemos observar en la figura 1, nuestro montaje desde el punto de vistahidráulico consta de un pequeño aljibe de cabecera donde se almacena el agua necesaria para el ensayo. Un tubo de salida lo conecta a la bomba de impulsión, que será la encargada demover el agua por todo nuestro circuito hidráulico.Se pretende que el banco hidráulico (BH) pueda hacer circular diferentes caudales para poder ensayar los caudalímetros en diferentes condiciones; la solución de menor coste a estanecesidad, fue instalar una válvula a la salida de la bomba de impulsión, de modo que enfunción del grado de apertura de ésta, circulará mayor o menor caudal.507A continuación y tras un tramo recto de aproximadamente 10 veces el diámetro de la tubería, tal y como nos recomiendan los fabricantes, se inserta el caudalímetro o contador a ensayar.El agua que proviene de éstos se vierte en el que denominamos Depósito de MedidaVolumétrico (DMV), el cual tiene por misión permitir la medida precisa del volumen de agua que ha circulado (esta será una medida patrón en nuestra práctica, pues se realizará laverificación de su volumen exhaustivamente).En el DMV se instalan detectores de nivel (realizadas con un simple hilo conductor yaprovechando la conductividad del agua), gracias a las cuales se consigue una buenarepetitividad en los ensayos, además de brindarnos la posibilidad de automatizarlos (llenado,vaciado, medida de tiempos...) como luego veremos. Una vez finalizado el proceso, el agua que está en el DMV se devolverá por gravedad alaljibe de cabecera abriendo una válvula insertada en un tubo que conecta estos dos depósitos.Destacar que no se pueden producir reboses del DMV pues la cantidad de agua que posee elaljibe de cabecera es inferior a la capacidad del DMV.3. Descripción del ensayoLa primera parte del ensayo consiste en aforar el DMV, pues su volumen es imprescindibleconocerlo para el desarrollo de la experiencia, como veremos más adelante. Para ello seprocederá a la medida del DMV con ayuda de una regla graduada, teniendo en cuenta losposibles errores sistemáticos que se puedan cometer, debido a la precisión y resolución delinstrumento de medida. De este modo se calculará el volumen existente entre los dosdetectores de nivel colocadas en el DMV con una desviación (X±y), determinada por elestudio de errores apropiado.El siguiente paso sería el ensayo real del caudalímetro o contador. Para ello comenzaremosretornando el agua desde el DMV hasta el aljibe de cabecera (si no lo estuviera ya) ycerrando la válvula de vaciado. Abrimos la válvula de regulación de caudal a un 15% de surecorrido total y conectamos la bomba de impulsión.Figura 1: Diagrama de bloques del banco hidráulico508El agua comenzará a fluir hacia el DMV a través de nuestro sensor [2], de modo que cuando“moje” el primer detector de nivel, pondremos en marcha un cronómetro, que se pararácuando llegue el agua al segundo detector de nivel. También pararemos en este momento labomba de impulsión y daremos por finalizado el ensayo.Durante este tiempo en el ensayo, habremos medido también la frecuencia de la señal depulsos que nos ofrece el sensor (para saber que caudal está midiendo), así como totalizado el número de dichos pulsos (para calcular el volumen que ha circulado).Esto lo haremos tres veces, repitiendo otras tres más para diferentes grado de apertura de laválvula que regula el caudal (por ejemplo 30% y 40%), para tener así una colección de datoscon los que poder sacar conclusiones.Con los tiempos que hemos medido podemos calcular el caudal medio que ha circuladodurante cada ensayo, dividiendo el volumen de agua situado entre las sondas de nivel delDMV (dato conocido), entre dicho tiempo. Este grupo de datos es el que utilizaremos comopatrón para verificar el correcto funcionamiento de nuestro caudalímetro.Una vez con estos datos de referencia, los cotejaremos con los obtenidos del sensor, ydaremos nuestras conclusiones al respecto: repetitividad, resolución, errores máximos,desviaciones...4. Electrónica asociadaHasta ahora hemos visto la composición hidráulica de nuestra plataforma y el proceso quepretendemos seguir para la realización del ensayo, pero evidentemente nos hará falta unaelectrónica de apoyo más o menos compleja que nos permita y/o facilite todas esta tareas.Ahora bien podemos optar por una solución sencilla y manipular el bando hidráulico de modo manual, o bien automatizar el ensayo adoptando una solución de compromiso entreautomatización y coste.Pero si no queremos asumir errores imponderables fruto de la apreciación humana, y deconferir al banco hidráulico la repetitividad esperada, debemos de dotarle de medios para que el ensayo se realice de forma automática en lo referente al protocolo de ensayo.Para ello y después de analizar todos los requerimientos: frecuencímetro, cronómetro,contador, control de la bomba... y coordinarlos todos, no se presentaba una tarea fácil si lohacíamos con electrónica discreta.Todo esto nos llevó a utilizar como corazón del circuito un pequeño microcontrolador (deltipo PIC 16F84), en el cual aunamos todos los conceptos anteriormente expuestos. Nosconfiere fiabilidad y bajo coste en un sólo bloque, siendo  además muy versátil al poder serfácilmente "reprogramado" si cambian nuestras necesidades.En la figura 2 podemos ver un esquema de bloques de la electrónica utilizada, de la cualiremos viendo como actúan cada una de sus partes en las distintas etapas del ensayo: Activamos el pulsador que da la señal de comienzo al micro, éste da la orden al circuito depotencia de conectar la bomba de impulsión. Esperamos a que el circuito conectado a losdetectores de nivel (realizado con unos simples comparadores analógicos) nos indique que elagua ha llegado al primer nivel.509En este momento empezamos la cuenta del tiempo y de los pulsos que nos ofrece elcaudalímetro. A la vez y en tiempo real, representamos en el LCD la frecuencia de dichaseñal.Continuamos en este estado hasta que el agua llegue al segundo detector de nivel, momentoen el cual detendremos la bomba inmediatamente, pararemos la cuenta del tiempo y de lospulsos del caudalímetro, representando estos parámetros en el LCD.Así daríamos por finalizado el ensayo, quedando a la espera de un nuevo ensayo.6. ConclusionesHemos diseñado a un bajo coste, un pequeño banco hidráulico que nos permita ensayarcaudalímetros. Se ha hecho de reducidas dimensiones y sobre una plataforma portátil, demodo que podamos usarlo en cualquier laboratorio de electrónica sin necesidad de máscomponentes externos.En el diseño se ha pretendido establecer un balance equilibrado entre su fiabilidad y susimplicidad, obteniendo unos resultados satisfactorios que cumplen los objetivos marcados:introducir al alumno en la experimentación de este tipo de sensores. Referencias[1] A. Menéndez, A. Molina, A. Gómez, M. A. Leal. Ensayo automatizado para el desarrollo de caudalímetros. SAAEI-98. [2] Norma ISO 8316:1987. Measurement of liquid flow in closed conduits - Method by collection of the liquid in a volumetric tank. Figura 1: Estructura de la electrónica que controla el banco hidráulico510

Banco hidráulico para el ensayo de pequeños sensores de caudal

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Banco hidráulico para el ensayo de pequeños sensores de caudal

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