Puesta a punto y visualización de parámetros característicos de un compresor alternativo montado en un banco de ensayos

Abstract

Un compresor es una máquina térmica generadora, es decir, es un conjunto de elementos mecánicos que permite intercambiar la energía del fluido generalmente a través de un eje, variando la exergía del fluido que lo atraviesa, y, aparte, al ser generadora, hay que aportarle de un trabajo exterior para su funcionamiento, generalmente a través de energía eléctrica o mediante una turbina delante del compresor (grupo Turbo). El compresor es una máquina muy importante con múltiples usos en la industria como en la utilización de herramientas neumáticas, pintura, limpieza, producción de envases de plástico, ensamblaje de aviones, distintos ciclos termodinámicos usados con la finalidad de obtener energía, como puede ser en el ciclo de Brayton dentro de los ciclos combinados o sus ilimitadas aplicaciones dentro de los motores de combustión interna alternativos y turbomáquinas. Debido a sus múltiples aplicaciones, será básico para un Ingeniero Industrial saber cómo se comporta esta máquina y saber cuáles son sus curvas características, con la finalidad de saber detalladamente su funcionamiento. Para este proyecto se dispondrá de un banco de ensayos donde está instalado un compresor alternativo que se encuentra en el Laboratorio de Motores de la ETSII UPM en el que hay instalados diferentes transductores y sensores, cuyo objetivo es poder medir indirectamente cuáles son las características del compresor.
Para poder saberlas, se ha propuesto su visualización por pantalla en tiempo real, con el objetivo de estudiar sus parámetros a través de la graficación de los mismos. Con ello se conseguirá un mejor entendimiento del funcionamiento del aparato, así como un aprendizaje interactivo de los conceptos que están detrás de la visualización. Por tanto, el objetivo del proyecto será la puesta a punto de todos los sensores y transductores que hay ya instalados previamente en el banco de ensayos, y hacer que los valores que se lean sean recogidos por una tarjeta de adquisición de datos para que finalmente estos datos sean transmitidos a un programa de ordenador que sea capaz de graficar por pantalla los datos en tiempo real.
En primer lugar, los sensores y transductores van a emitir señales eléctricas, como pueden ser tensión o voltaje, siempre y cuando se realice algún efecto físico sobre el mismo, como puede ser una presión, fuerza o temperatura ejercida sobre los mismos. Es decir, son aparatos que van a emitir tensión o intensidad si se ejerce sobre ellos algún estímulo físico. Para que haya una relación coherente entre el estímulo realizado sobre el sensor o transductor (ya sea bien cambios en la presión ejercida o en la temperatura ambiente) hará falta realizar una calibración sobre estos aparatos. Para lograr esta relación, se dispondrá de aparatos que permitirán realizar una correcta calibración, como la balanza de pesos muertos, que permitirá relacionar el voltaje que se mide en un transductor con la presión que se ejerce en un medio. Seguidamente, una vez los sensores hayan sido calibrados, se registrarán los datos obtenidos en una tarjeta de adquisición de datos. En este proyecto, debido a limitaciones en el presupuesto, en vez de utilizar una tarjeta de adquisición de datos se optó por utilizar un microcontrolador Arduino, cuyo objetivo será leer y manipular correctamente los datos obtenidos de los sensores para así poder transmitir estos datos a un programa de ordenador que sea capaz de graficar los mismos en tiempo real. El programa elegido para la visualización por pantalla de los datos procesados por Arduino será el programa de la empresa de National Instruments LabView.
Este programa va a permitir visualizar en tiempo real los parámetros característicos del compresor, pero, debido a la complejidad de la programación de este, resulta complicado verificar que los datos medidos sean los correctos. Para comprobar la correcta medición de los datos se recurrió a un programa de la empresa Parallax INC llamado PLX-DAQ. Este programa permitirá pasar los datos leídos por Arduino al programa de Microsoft Excel a través de una macro Active X. Finalmente se optó por instalar un ordenador de sobremesa en el banco de ensayos, cuyo objetivo es que se puedan visualizar satisfactoriamente los parámetros característicos y se pueda continuar con el proyecto, ya que, como se explicará detalladamente en los siguientes apartados, tuvo que ser empezado desde el principio, ya que todos los circuitos electrónicos y los programas de ordenador correspondientes a su configuración estaban bien estropeados, o bien sin registrar en el caso de los programas.