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CALIBRACION DE

ANENOMETRO Instrumentación industrial

Carlos Muñoz Castro, Andrés Martínez de los Santos,

Jorge Dejante López, Ricardo Hernández Hernández

MECATRONICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN 4TO A TURNO VESPERTINO

Descripción breve

Normalizar y sintetizar las operaciones de calibración de instrumentos de anemómetro con la intención de que el personal involucrado realice estas actividades siguiendo los

mismos pasos y respetando los mismos pasos y respetando los mismos procedimientos, con esto obtendremos una mayor confiabilidad de los instrumentos para la medición de

velocidad.

Universidad tecnológica de Tlaxcala

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Contenido

1.- Propósito/Alcance: ................................................................................................................... 2

2.- Definiciones: ............................................................................................................................. 2

3.- Responsabilidad y autoridad .................................................................................................... 3

4.- Frecuencia de calibración. ....................................................................................................... 4

5.- Seguridad e impacto ambiental. .............................................................................................. 5

6. Método. .................................................................................................................................... 6

7.- PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN. ........................................................................................ 9

Conclusión ................................................................................................................................... 12

ANEXOS DE CALBRACION ........................................................................................................... 13

ANEXO DE MANUALES................................................................................................................ 15

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1.- Propósito/Alcance:

El propósito de este procedimiento es normalizar y sintetizar las operaciones de calibración

de instrumentos de anemómetro con la intención de que el personal involucrado realice estas

actividades siguiendo los mismos pasos y respetando los mismos pasos y respetando los mismos

procedimientos, con esto obtendremos una mayor confiabilidad de los instrumentos para la

medición de velocidad.

2.- Definiciones:

Alcance de medición (span): Es el valor absoluto del rango.

Exactitud: Cualidad de un instrumento de medición para dar respuestas próximas a

un valor convencionalmente verdadero. El concepto de exactitud es cualitativo.

Incertidumbre: Parámetro asociado al resultado de una medición, que

caracteriza la dispersión de los valores que podrían, razonablemente, ser

atribuidos al mensurando (magnitud particular sujeta a medición).

Longitud de inmersión: Es la porción del termopozo que puede estar en

contacto con el fluido de proceso y se le asigna la letra "U".

Rango: Son los límites alto y bajo de una escala.

Termómetros bimetálicos: Instrumentos utilizados para la medición de

temperatura por medio de la contracción y expansión de dos diferentes

aleaciones metálicas de alto y bajo coeficiente de dilatación que al se repuestos a una

misma temperatura, transmite un movimiento giratorio a la aguja indicadora de la

escala graduada indicada en la carátula.


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3.- Responsabilidad y autoridad

Instrumentista: Es el responsable de ejecutar, revisar y mejorar las actividades de mantenimiento/ calibración y/o verificación de instrumentos de acuerdo al plan Anual de mantenimiento, poniendo en práctica lo que en este procedimiento se especifica.

Proveedor o contratista de servicio: Cumplir con los requerimientos especificados en este procedimiento.

El departamento de Calidad: es el responsable de las siguientes funciones:

-Emisión de los certificados de calibración de los equipos, o vigilar los elaborados por organismos externos.

-Conservación de los equipos en condiciones de protección y almacenamiento correctos.

-Archivo y control de toda la documentación generada como consecuencia de la realización de las calibraciones. Esta documentación está a disposición del cliente que así lo solicite.

-Asegurar que las personas que manejan los equipos disponen de la formación adecuada para utilizarlos y encargarse de suministrar la misma.

-Dar de alta y de baja los equipos en el momento en que se produzcan estas incidencias.


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4.- Frecuencia de calibración.

El Departamento de Calidad es responsable de establecer un programa de calibración para todos

los equipos, atendiendo a lo indicado en las especificaciones respectivas.

Para fijar la periodicidad se deben tener en cuenta una serie de factores, como por ejemplo:

Las instrucciones del fabricante.

La experiencia adquirida.

Grado de precisión.

Frecuencia de utilización del equipo.

Condiciones de uso.

Referencias de otras calibraciones.

Las características propias del equipo, etc.

Esta periodicidad/frecuencia está indicada en la Lista de Equipos. Para efectuar la calibración de

los equipos se cuidará que afecte lo menos posible a los procesos de medida que controla, pero

siempre respetando los plazos fijados. En el caso de existir varios equipos del mismo tipo, se

procurará que no coincidan los momentos de calibración de todos, para tener siempre alguno

en perfectas condiciones disponible.

4.1.- Revisiones de la periodicidad

Cuando un equipo no sufre desviaciones significativas después de tres calibraciones, se procede

a una revisión de la periodicidad que en ningún caso debe sobrepasar los dos años.

Para equipos sometidos a desgaste se deben intercalar inspecciones dentro del tiempo de

validez, a juicio del responsable de calidad.


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4.2 Calibración interna

Como consecuencia de la realización de una calibración interna, se emitirá un

certificado/informe de calibración, pudiendo utilizar el formato que aparecerá al final de cada

procedimiento específico de calibración donde se registrarán los datos y condiciones de la

calibración.

Una vez efectuada la calibración se etiquetará el equipo con una etiqueta, la cual indicará la

conformidad de la misma y en ella constará el certificado/informe de calibración que la validó

así como la fecha en que se realizó la calibración y la fecha de su próxima calibración.

En cada ocasión que un equipo sea calibrado, se adjuntará al mismo, y en lugar visible, una

etiqueta que indicará la conformidad del mismo. Es admisible no adjuntarla si no hay sitio, pero

si existirá la identificación del equipo.

4.3 Calibración externa

En caso que el equipo deba ser calibrado por un organismo externo, se exigirá el

correspondiente certificado, el cual deberá incluir como mínimo los datos reflejados en el

modelo de certificado. También suministrará una etiqueta similar a la indicada en apartado

anterior.

5.- Seguridad e impacto ambiental. Equipos de Protección Personal

- Los EPP comprenden todos aquellos dispositivos, accesorios y vestimentas de diversos diseños

que emplea el trabajador para protegerse contra posibles lesiones.

- Los equipos de protección personal (EPP) constituyen uno de los conceptos más básicos en

cuanto a la seguridad en el lugar de trabajo y son necesarios cuando los peligros no han podido

ser eliminados por completo o controlados por otros medios como por ejemplo:

Controles de Ingeniería.


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- La Ley 16.744 sobre Accidentes del Trabajo y Enfermedades Profesionales, en su Articulo nº 68

establece que: “las empresas deberán proporcionar a sus trabajadores, los equipos e

implementos de protección necesarios, no pudiendo en caso alguno cobrarles su valor”.

Para que los elementos de protección personal resulten eficaces se deberá considerar lo

siguiente:

La responsabilidad de la empresa es proporcionar los EPP adecuados.

La del trabajador es usarlos.

El único EPP que sirve es aquel que ha sido seleccionado técnicamente y que el

trabajador usa durante toda la exposición al riesgo.

Capacitación respecto al riesgo que se está protegiendo.

Responsabilidad de la línea de supervisión en el uso correcto y permanente de los EPP.

Es fundamental la participación de los supervisores en el control del buen uso y

mantenimiento de los EPP. El supervisor debe dar el ejemplo utilizándolos cada vez que

este expuesto al riesgo.

6. Método.

Equipo requerido: El equipo necesario que se ocupó para realizar la calibración es el

siguiente:

Anemómetro extech Modelo 45170 digital (patrón)

Arduino MEGA 2560

Sensor inductivo (MODELO E18-D80NK)

Nivel de burbuja

flexometro de 3 metros

Indicador de velocidad (programa en Arduino) bajo prueba.

Anenometros de copas casero, bajo prueba.


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Anemómetro extech Modelo 45170 digital (patrón)

El anemómetro o anemógrafo es un aparato meteorológico que se usa para la predicción del

clima y, específicamente, para medir la velocidad del viento. Asimismo es uno de los

instrumentos de vuelo básico en el vuelo de aeronaves más pesadas que el aire.

Arduino MEGA 2560

El Arduino Mega 2560 es una placa electronica basada en el Atmega2560. Cuenta con 54 pines

digitales de entrada / salida (de los cuales 15 se pueden utilizar como salidas PWM), 16 entradas

analógicas, (hardware puertos serie), un oscilador de cristal de 16 MHz, una conexión USB, un

conector de alimentación, una cabecera ICSP, y un botón de reinicio. Contiene todo lo necesario

para apoyar el microcontrolador; simplemente conectarlo a un ordenador con un cable USB o el

poder con un adaptador de CA o la batería a CC para empezar. La junta Mega 2560 es compatible

con la mayoría de los escudos diseñados para el Uno y los antiguos tableros Duemilanove o

Diecimila.

Sensor inductivo (MODELO E18-D80NK)

Sensor infrarrojo basado en un emisor y un receptor fotoeléctrico (infrarrojo). La distancia de la

detección se puede ajustar de acuerdo a las necesidades que tenga el usuario y esta puede ser

regulada de 3cm a 80cm, es pequeño, fácil de usar/ajustar gracias a sus roscas de sujeción las

cuales se adaptan fácil y rápido a la mayoría de los entornos.


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Nivel de burbuja

El principio de este instrumento está en un pequeño tubo transparente (cristal o plástico) el cual

está lleno de líquido con una burbuja de aire en su interior. La burbuja es de tamaño inferior a

la distancia entre las dos marcas. Si la burbuja se encuentra simétricamente entre las dos

marcas, el instrumento indica un nivel exacto (para fines prácticos) que puede ser horizontal,

vertical u otro, dependiendo de la posición general del instrumento de medición solo de

referencia.

flexometro

El flexómetro es un instrumento de medición el cual es coincido con el nombre de cinta métrica,

con la particularidad de que está construido por una delgada cinta metálica flexible, dividida en

unidades de medición, y que se enrolla dentro de una carcasa metálica o de plástico. En el

exterior de esta carcasa se dispone de disponen de un sistema de freno para impedir el enrollado

automático de la cinta, y mantener fija alguna medida precisa de esta forma.

Indicador de velocidad (programa en Arduino) bajo prueba.

Es la velocidad dinámica leída directamente mediante un programa realizado en arduino

cuya comunicación es a través de una computadora la cual interpreta las señales que

emite el sensor, y con ellas calcula el tiempo transcurrido entre pulso y pulso, con lo cual

mediante la fórmula de velocidad angular se pudo calcular la velocidad del viento, en otras

palabras, el arduino calcula el tiempo transcurrido entre cada revolución para poder con ello

calcular la velocidad del viento.


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Anenometros de copas casero

los anemómetros de cazoletas o de molinete, especie de diminuto molino de tres aspas con

cazoletas sobre las cuales actúa la fuerza del viento; el número de vueltas puede ser leído

directamente en un contador o registrado sobre una banda de papel (anemograma), en cuyo

caso el aparato se denomina anemógrafo. Aunque también los hay de tipo electrónicos.

7.- PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN.

En la actualidad, existen tres normas que es posible seguir a la hora de calibrar anemómetros

de rotación: ASTM D5096-02, ISO 17713-1 y IEC 61400-12-1. El documento público PH89-II-1 de

MSHA en Estados Unidos, integra las tres normas mencionadas anteriormente y es utilizado en

la actualidad para la calibración de anemómetros. Este protocolo ha establecido que los

anemómetros deben ser calibrados utilizando un túnel de viento a chorro abierto, el cual toma

el aire directamente del exterior y después de hacerlo pasar por la cámara de ensayo se devuelve

nuevamente al exterior, además de tener un anemómetro patrón certificado por la ISO 9001.

Una vez desarrollado el anemómetro casero de copas, fue necesario hacer su calibración con

el fin de garantizar que la medición de la velocidad del viento se encuentra dentro del error

permitido. Esta operación se realizó mediante unas pruebas en campo, en el cual el

anemómetro patrón EZRECHh Modelo 45170 (Figura 3) suministra la referencia para calibrar el

anemómetro casero. Para logar esta operación fue necesario tomar diferentes mediciones de

las cuales se anotaron en diferentes momentos para hacer una comparación.


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(Figura 3)

Para realizar una calibración los pasos a seguir son los siguientes:

1. Conocer el intervalo a calibrar, es necesario que se corrobore que nuestro equipo es

capaz de cubrir el intervalo de calibración del instrumento bajo la prueba de

mediciones (gráfica).


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2. Analizar incertidumbres. Se recomienda que la incertidumbre total del equipo de

referencia (Anemómetro extech Modelo 45170 digital patrón) tenga una relación de

contra la exactitud del instrumento bajo prueba.

4. Al a ver llevado a cabo las mediciones. Se comparó la gráfica ajustó la programación

del arduino absorbiendo el error que tenemos en el anemómetro casero, con las señales

que emite el sensor, y con ellas calcula el tiempo transcurrido entre pulso y pulso, con lo

cual mediante la fórmula de velocidad angular se pudo calcular la velocidad del viento, en

otras palabras, el arduino calcula el tiempo transcurrido entre cada revolución para poder

con ello calcular la velocidad del viento exacta, (VER AJUSTES EN E L CÓDIGO) Se recomienda que se

tomen otra vez lecturas para mejora la incertidumbre.


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5. Se realizaron varias lecturas. Una vez tomadas las mediciones se llevan a cabo los

promedios de las lecturas y se calcula la incertidumbre de cada punto de medición y se

determina en su caso, que la calibración se encuentra dentro de las especificaciones.

Requeridas con el patrón

Velocidad del viento medidas patrón y anemómetro.

Conclusión

Antes de la instalación de un anemómetro casero es necesario conocer las velocidades

promedio del viento que circulan en el punto donde se desea instalar dicho instrumento. Para

esto se deben utilizar instrumentos de medida que entreguen datos confiables y evitar asumir

que existen velocidades de viento altas por simples observaciones o comentarios de terceros.


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ANEXOS DE CALBRACION Se anexa el código de prueba sin calibración.

unsigned long tiempo,tiempo1,tiempo2,TotalTiempo; int pushButton=2,anguloVentana; float b=1,a=.5; //aqui se declara limite minimo y maximo float tiempoDecimas,Frecuencia,VelAngular,VelTangencial; float radio=.20; //en metros void setup(){ Serial.begin(115200); pinMode(pushButton,INPUT); } void loop(){ tiempo=micros(); int buttonState=digitalRead(pushButton); if(buttonState==0){ tiempo1=tiempo; while(buttonState==0) { buttonState=digitalRead(pushButton); } while(buttonState==1){ buttonState=digitalRead(pushButton); } TotalTiempo=tiempo1-tiempo2; tiempo2=tiempo; delay(1); tiempoDecimas=(TotalTiempo*1.0/1000000); Frecuencia=1.0/tiempoDecimas; Serial.print("La frecuencia es de "); Serial.print(Frecuencia); Serial.println(" hertz"); VelAngular=Frecuencia*2.0*3.1416; VelTangencial=VelAngular*radio; Serial.print("la velocidad linealdel aire es "); Serial.print(VelTangencial/2); Serial.println(" metros por segundo "); } }


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Se anexa el código con la calibración correspondiente de acuerdo a los datos

del patrón.

unsigned long tiempo,tiempo1,tiempo2,TotalTiempo;

int pushButton=2,anguloVentana;

float b=1,a=.5; //aqui se declara limite minimo y maximo

float tiempoDecimas,Frecuencia,VelAngular,VelTangencial;

float radio=.20; //en metros

void setup(){

Serial.begin(115200);

pinMode(pushButton,INPUT);

}

void loop(){

tiempo=micros();

int buttonState=digitalRead(pushButton);

if(buttonState==0){

tiempo1=tiempo;

while(buttonState==0) {

buttonState=digitalRead(pushButton);

}

while(buttonState==1){

buttonState=digitalRead(pushButton);

}

TotalTiempo=tiempo1-tiempo2;

tiempo2=tiempo;

delay(1);

tiempoDecimas=(TotalTiempo*1.0/1000000);

Frecuencia=1.0/tiempoDecimas;

VelAngular=Frecuencia*2.0*3.1416;

Serial.print("la velocidad linealdel aire es ");

Serial.print(ErrorYCalibracion(VelAngular,radio));

Serial.println(" metros por segundo ");

}

}

int ErrorYCalibracion(int VelAngular,int radio){

int Velocidad=VelAngular*radio;

Error(VelAngular,radio);

return Velocidad;

}

int Error(int VelAngular,int radio){

if(VelAngular<=.80 && VelAngular>1.80){

VelAngular=VelAngular+.50;

}

if(VelAngular>1.80 && VelAngular>1.80){

VelAngular=VelAngular+.80;

}

return VelAngular;

}


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ANEXO DE MANUALES


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