instrumentos de mediciÓn y cuantificaciÓn del recurso energÉtico

Curso de Instrumentación

Mg. Juan Ernesto palo

XVI Simposio Peruano de Energía Solar

Hardware • Sensores • Transductores• Data Loger• PC

Sistemas de Instrumentación

Comunicación • RS232 • RS485• GPIB• I2C• CAN• USBSoftware

• Sistema de explotación• Software de Comunicación• Sistema Operativo

Data Loger

• Entradas Analógicas– Resolución 1mV– ADC 10-12 -16 BIT– Bipolar -5 , +5 (v) -12, +12(v)

• Entradas digitales – Frecuencia– Periodo– Pulso – Estado

• Menoría de Datos – EEPROM – Flahs– RAM

• Puerto de comunicación – RS232– RS486– USB

• Protocolo de comunicación digital – BUS CAN– I2C

Estación de Monitoreo

Monitoreo y Control

Micro Instrumentos de Monitoreo

• Error: la diferencia entre el valor medido por el instrumento y el valor real.• Error de Compensación offset• Error de linealidad• Error de linealidad diferencial• Ganancia • Estabilidad 10ppm/ºC

• Precisión: el grado con el cual la variable medida es mesurable.

• Respuesta: rapidez con la cual el instrumento puede detectar un cambio en la intensidad de la señal que esta midiendo.

• Repetitividad: indica la capacidad del instrumento de repetir una secuencia de datos que poseen valores en forma alternante pero igual.

• Resolución: el más pequeño cambio que puede ser medido y que es detectable por el instrumento.• Confiabilidad: la probabilidad que el instrumento trabajará a sus límites definidos.

Características Funcionales

Resistance humidity sensor (HR25K5)

Applications:Measurement meter, control system, printers, humidifiers, air conditioners, automobiles, meteorological systems, VCR and more.Specifications:

Operation range 30 to 90 %RH

Voltage 10 vcc máx.

Standard resistance 25K at 25°C to 85°C

Accuracy +/- 5%RH at 25°C, 60%RH

Hysteresis <2 %RH

Linearity3%RH max. changing from 40%RH to 80%RH

Temperature range 0°C to +60°C

Storage 90 %RH, -20°C to +85°C

Resistance table ( KΩ ):

30%RH 40%RH 50%RH 60%RH 70%RH 80%RH 90%RH

2°C 8300 970 170 32 10.4 3.2 1.9

25°C 7500 770 123 25 8.4 3.5 1.9

30°C 5700 625 60 20 6 2.4 1.5

Fuente: SCM International, Inc.

Humidity Sensor ( 1 to 99% RH ) HSCAP Applications:Measurement meter, control system, printers, humidifiers, air conditioners, automobiles, VCR and more.Features:Fast response and linear humidity sensorLow costCapacitive Specifications:

Operation range 1 to 99 %RH

Voltage <12 vcc

Operation frequency 1 to 20Khz

Typical capacitance 122pf +/-5% at 33%RH

Capacitance change 2.5pf / 10%RH

Histeresys <2 %RH

Temperature dependence -0.4pf at 10°C

Linearity +/- 1%RH ( 10 to 90 %RH )

Temperature range -20°C at +60°C

Storage condition 1 a 99 %RH, -10°C a +50°C

Response:

Fuente: SCM International, Inc.

Applications:Measurement meter, control system, printers, humidifiers, air conditioners, automobiles, meteorological systems, VCR and more.Features:Fast response and linearOutput voltage linear response for relative humidity Specifications:

Operation range 0 to 100 %RH

Voltage 5 vcc +/-5%

Output 0.8 to 3.9 v at 25°C

Typical current 0.38 mA max. <0.5 mA

Precision =< 4%RH to 25°C, 30 to 80%RH, voltage 5v

Operation temperature range -40°C to +80°C

Storage -55°C to +125°C

Response time 15s

Stability 1%RH per year

Transductor de Humedad HC5V5C2

Out

put

volta

ge

Temperature: 25°C, voltage 5v.Linear response from 0.8 to 3.9v for 0

Fuente: SCM International, Inc.

Sensor de presión de aire / atmosférica PA300

Características del sensor de presión:

Solid State ReliabilityPresión absolutaDrive de tensión o corriente constante

PIN PINOUT

1 Vs

2 Out+

3 Vs+

4 Out-

Entrada 3VDC a 25C.

Min Típico Máximo Unidades

Tensión de excitación

0 3 10 V

Corriente de excitación

0 1.5 3 mA

Offset -25 0 +25 mV

Rango FS 15 psi 66 87 108 mV

Rango de Coeficiente de temp.

-0.1 0 +0.1 %FS/°C

Offset de Coeficiente de temp.

-0.1 0 +0.1 %FS/°C

Linealidad -0.3 0 +0.3 %F.S

Impedancia del puente

2.6 3.1 3.6 KΩ

Sobrecarga de presión 2 ×

Pressure Rated.F.S.

Temperatura de operación

-40 125 °C

CaracterísticasSolid State ReliabilityPresión absolutaDrive de tensión o corriente constante

Entrada 3VDC a 25C.

Min Típico Máximo Unidades

Tensión de excitación 0 3 10 V

Corriente de excitación 0 1.5 3 mA

Offset -25 0 +25 mV

Rango FS 15 psi 66 87 108 mV

Rango de Coeficiente de temp.

-0.1 0 +0.1 %FS/°C

Offset de Coeficiente de temp.

-0.1 0 +0.1 %FS/°C

Linealidad -0.3 0 +0.3 %F.S

Impedancia del puente 2.6 3.1 3.6 KΩ

Sobrecarga de presión 2 ×

Temperatura de operación

-40 125 °C

AplicacionesAltímetrosEstaciones ambientalesControl neumático

Sensor de Presión MDP150

Reed switches KSK-1A35

Fuente : MEDER Electronic

SENSOR DE GAS MONOXIDO DE CARBONO (CO) SCM134

Características de sensibilidad.

Símbolo Descripción Parámetro Comentario

Rs Resistencia del sensor 2 KΩ - 20 KΩ(100 ppm monóxido de carbón)

Rangos de detección:

20 – 1000 ppm de Monóxido de Carbón

α(300/100 ppm)

Pendiente de la concentración

≤ 0.5

Condiciones estándar

de detección

Temp. 20 °C ± 2 °C, Vc. 5V ± 0.1Humedad 65% ± 5% Vh. 5V ± 0.1

Tiempo de precalenta

miento

No menos de 48 Horas

SENSOR DE POLUCIÓN EN AIRE SCM135

Características de sensibilidad

SímboloDescripción Parámetro Comentarios Comentarios

RsResistencia del

sensor

1K a 10K (1000 ppm

Alcohol)

Adecuado para 3000ppm LPG y Propano

Rango de deteccion:1% a 10% smoke 0.3 a 20% CO2

α(3000/1000)Isobutano

Pendiente de la concentración

≤ 0.6

Condiciones standard de detección

Temp. 20 °C ± 2 °C, Vc. 5V ± 0.1Humedad 65% ± 5% Vh. 5V ± 0.1

Tiempo de precalentamien

toMás de 24 hours

Temperatura

1

1

2.0

Sensores Rango de temperatura

ºC Costo Robustez

Termocupla -270 2600 Bajo Muy alta

RDT -200 600 Medio Alta

Thermitor -50 200 Bajo Media

Circuito Integrado

-40 125 Bajo Baja

TIPOS DE SENSORES DE TEMPERATURA

2.0

La Medición de temperatura es uno de los parámetros mas importantes en los procesos de control, la medición de temperatura con preedición es complicado especialmente porque en muchos de los

sistemas en energías renovables los errores de medición deben están por debajo de los 0.5 ºC

Sensor de Temperatura DS1820

Características

Sensor de Temperatura LM35

Características

TERMOCUPLAS

Tipo Material + Material - C. SeebeckuV/ºC

Rango ºC

K Ni + 10%Cr Ni+2%Al+2%Mn+1%Si 42 -180 + 1350

J Fe Cu+43%Ni 54 -180 +750

N Ni + 10%Cr+15%Si Ni+4.5%Si+0.1%Mg 30 -270 +130

T Cu Cu+43%Ni 46 -250 +400

E Ni+10%Cr Cu+43%Ni 68 -40 +900

R Pt+10%Rh Pt 8 -50 +1700

B Pt+30%Rh Pt+6%Rh 1 100 +1750

CALIBRACIÓN DE TERMOCUPLAS

0a

1a

2a

3a

4a

5a

6a

7a

8a

9a

Coeficientes Tipo KO ºC a 500ºC

Tipo JOºC a 760ºC

0.0 0.0

2.508355 x 10 -2 1.978425 x 10 -2

7.860106 x 10 -8 -2.001204 x 10 -7

-2.503131 x 10 -10 1.036969 x 10-11

8.315270 x 10 -14 -2.549687 x 10 -16

- 1.228034 x 10-17 3.585153 x 10-21

9.804036 x 10 -22 -5.344285 x 10 -26

-4.413030 x 10 -26 5.099890 x 10 -31

1.057734 x 10 -30 -

-1.052755 x 10 -35 -

Error +/-0.05 ºC +/-0.05 ºC

nno VaVaVaaT 2

21

Aproximación Lineal

bTSV

CV /ºTipo Coeficiente Seebeck

K 40.46

J 51.71

T 40.69

E 60.93

B 0,05

S 6.02

R 5.93

COMPENSACIÓN DE UNIÓN FRÍA

)()()()( 34211 iirefm TVTVTVTVV

V3=V4

)()( 211 refm TVTVV

)()( 21 refref TVTV )()( 111 refm TVVTV

)()( 111 refm TVTVV

Circuito Practico CI LT1025

VS = s (T1 – T2).

Medición de Flujo

Rango de Medición: 0,025-0,5 l/min ...1-25 l/min. Agua Conexión: G 1/2 AG o Conector de manguera Material: Polipropileno Max. Presión: 10 bar max. Temperaturaa: 70 °C Linearidad: ± 1% Impulsos de Salida, Divisor de Frecuencia, Salida Analógica, Contacto, Digital-/Punto de Indicación

colector en circuito abierto

Control Automático

Microcontroladores PIC16F877A

Circuitos Integrados mas Usados

Microcontrolador PIC18F455

Microcontrolador PIC12F629/675

ADC 12 BIT MCP3202

The AT45DB161D is a 2.5-volt or 2.7-volt

Serial-interface sequential access Flash

Máxima Frecuencia de reloj 66 MHz.

Capacidad de 16 Mega bits

Memoria Flash AT45DB161D

Memoria EEPROM 24LC512

Amplificadores Operacionales

LM358 Alimentación simpleOP07 Ultra bajo offsetAD620 De instrumentación TL072 Alta impedancia de entrada TL084 4 amplificadores OP.

Otros Circuitos Integrados

MAX 2232 RS232

LT1073 DC - DC

MAX6675 Termo culpas tipo K

MAX485 RS485

CP2102 Serial USB

PCF8563PN CAM

LEY EXPONENCIAL DE HELLMANN

La velocidad media del viento

ENERGÍA ÚTIL DEL VIENTO

REPRESENTACIÓN ESTADÍSTICA DEL VIENTO

La función de densidad de probabilidad

La función de distribución es

Momentos de la distribución de Weibul

La velocidad media del viento es el primer momento de la función de densidad

Calculo de K y Cfunción de distribución de Weibul

ckVkVF lnln)](1lnln[

Ejemplo de Cálculo Numérico F(V)

Probabilidad %V

Velocidadm/s

0 0

0.0616 2

0.2387 4

0.3639 6

0.3124 8

0.1658 10

0.0560 12

0.0121 14

0.0017 16

0.0001 18

0.0000 20

Factor de Forma y EscalackVkVF lnln)](1lnln[

kbec / ak

Distribución de Weibul

34.2134.2

4.6exp

4.64.6)(

VVVVf

0 5 10 15 20 25 30 35 400.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

f(v)

V m/s

Potencia Promedio Anual

)/(1852

23

mWVK

A

P mEV

66.11

31

13

KK

KE

)/(225.1 3mKg

smVm /67.5