Instrumentacion-virtual-de-una-maquina-de-pruebas-universal

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO 
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN 
INS)'RUMENTACIÓN VIRTUAL DE UNA 
MAQUINA DE PRUEBAS UNIVERSAL 
TESIS PARA OBTENER EL TÍTULO DE: 
INGENIERO MECANICO 
PRESENTA: , 
DIEGO CRUZ GALV AN 
TUTOR: 
MTRO. HUMBERTO MANCILLA ALONSO 
MÉXICO,2013 
FES Aragón 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
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Agradecimientos 
A mis padres por siempre estar a mi lado, por brindarme su apoyo y soporte para realizar cada 
una de las metas que me he planteado y por enseñarme que por medio de esfuerzo y dedicación 
se puede lograr lo que sea. 
A mis hermanos por su apoyo y confianza. 
A Oscar Galván López, Javier Cruz Alanís y Mario Galván Trejo que confiaron en mí, que me 
proporcionaron grandes enseñanzas, consejos y que me brindaron su ayuda cuando la necesite. 
A Humberto Mancilla Alonso por ser un gran maestro, una gran persona y un excelente amigo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Índice 
Introducción ........................................................................................................................................ 1 
1.- Levantamiento ............................................................................................................................... 2 
1.1. Necesidad ............................................................................................................................ 3 
1.2. Detección del problema ...................................................................................................... 3 
1.3. Antecedentes. ..................................................................................................................... 3 
1.3.1. Máquina universal Baldwin. ........................................................................................ 3 
1.3.2. Prueba de tensión y compresión. ................................................................................ 6 
1.3.3. Desarrollo de las pruebas. ........................................................................................... 7 
1.3.4. Materiales de estudio y dimensiones de probetas ..................................................... 8 
1.4. Objetivo ............................................................................................................................. 11 
2.- Diseño Conceptual. ...................................................................................................................... 12 
2.1. Instrumentación. ............................................................................................................... 13 
2.1.1. Metodología de la instrumentación. ......................................................................... 13 
3.- Diseño a Detalle. .......................................................................................................................... 29 
3.1. Sensores. ........................................................................................................................... 30 
3.2. Acondicionamiento de señal ............................................................................................. 37 
3.3. Lectura de señal. ............................................................................................................... 42 
3.4. Manipulación de las señales ............................................................................................. 44 
3.4.1. Interface .................................................................................................................... 44 
3.5. Automatización virtual. ..................................................................................................... 57 
3.5.1. Electroválvulas........................................................................................................... 57 
3.5.2. Válvulas proporcionales ............................................................................................ 57 
3.5.3. Simulación. ................................................................................................................ 58 
4.- Validación y Resultados. .............................................................................................................. 61 
4.1. Resultados ......................................................................................................................... 62 
4.2. Conclusiones...................................................................................................................... 66 
Bibliografía ........................................................................................................................................ 67 
Apéndice A. Sensor de desplazamiento. ........................................................................................... 68 
Apéndice B. Sensor de presión .......................................................................................................... 70 
Apéndice C. Tarjeta de adquisición de datos y bloque de conexiones. ............................................ 72 
Apéndice D. Dispositivos y circuitos electrónicos. ............................................................................ 76 
Apéndice E. Diagrama Hidráulico. ..................................................................................................... 79 
1 
 
 
Introducción 
 
El inicio del proyecto se estableció a partir de que la maquina universal de pruebas marca 
BALDWIN, con la que cuenta el laboratorio L4 de ingeniería civil de la FES Aragón, se encontraba 
inhabilitada a consecuencia del mal funcionamiento de su sistema de indicación. Por lo cual era 
necesario implementar un sistema de indicación capaz de abarcar la gran capacidad de carga con 
la que cuenta la máquina. 
La mejor opción de un sistema de indicación fue, realizar la instrumentación electrónica de la 
maquina universal BALDWIN, de esta manera se generó un nuevo sistema de indicación que puede 
trabajar en paralelo al sistema original en caso de que llegue a ser reparado, además podemos 
realizar la medición de las variables de carga y desplazamiento para generar resultados en un 
ordenador. 
Después realizar una investigación sobre el proceso de instrumentación se estableció una 
metodología, la cual consta de la identificación de las variables, la selección de sensores, el 
acondicionamiento de señales, la lectura de la señal y la manipulación de los datos. 
La parte más extensa del proyecto es la manipulación de los datos ya que a través de estos 
generamos resultados tales como: un gráfico carga-desplazamiento y un reporte de los datos con 
los cuales se construye este gráfico, de esta manera conoceremos el comportamiento mecánico 
del material. Para poder manipular los datos fue necesario desarrollar una interface de 
comunicación entre el ordenador y el operador de la máquina. 
La lectura de las señales, la manipulación de los datos y el desarrollo de la interface se realizaron 
por medio de una tarjeta de adquisición de datos National Instruments, mientras que la 
manipulación de los datos y el desarrollo de la interface se realizaron a través de la plataforma de 
programación grafica llamada “LabVIEW”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 
 
 
 
1.- Levantamiento 
 
3 
 
1.1. NecesidadEl laboratorio de ingeniería civil de la Facultad de Estudios Superiores Aragón de la UNAM, 
cuentan con varios equipos para desarrollar pruebas mecánicas sobre muestras de diversos 
materiales, estos dispositivos están adecuados a la capacidad de carga que pueden ejercer y ello 
define el tipo de probetas que se pueden ensayar. Una máquina de pruebas universal de marca 
BALDWIN es uno de los dispositivos más característicos de este laboratorio. Sin embargo su 
sistema de indicación está fuera de servicio, con su capacidad de ejercer 200 toneladas de carga, 
lo que significa un desperdicio de la infraestructura instalada. Se requiere reacondicionar el 
sistema de indicación para poner en marcha el equipo a toda su capacidad y mejorar con ello la 
calidad de la enseñanza de los conceptos sobre resistencia de materiales y abrir la posibilidad a la 
iniciativa privada de realizar pruebas de caracterización de materiales en este equipo. 
Para realizar una prueba en la mayoría de las maquinas universales, se necesita de un operador el 
cual debe controlar el encendido y apagado de la máquina, la aplicación de la carga suministrada a 
la probeta, además de realizar las lecturas del esfuerzo y deformación que se generan en la 
probeta la cual está sometida a la prueba. 
En la actualidad todas esas tareas se pueden llevar acabo instrumentando el proceso para realizar 
la prueba, esto nos entrega grandes ventajas como obtener mediciones más precisas, la lectura de 
las variables es de manera más rápida y el uso de un ordenador para realizar la mayoría de las 
tareas que realiza el operador. 
Por esto la instrumentación de la maquina universal Baldwin es un requerimiento necesario para 
poder realizar un mejor proceso al llevar a cabo una prueba. 
1.2. Detección del problema 
 
Los mecanismos y sistemas que integran la máquina BALDWIN, son viejos pero no obsoletos y 
representan una obra representativa del ingenio humano, sin embargo, las refacciones para el 
sistema de medición no son fáciles de conseguir y la manipulación de sus mecanismos representa 
un gran riesgo de perjudicar su fino funcionamiento, por lo que es necesario plantear el uso de un 
sistema de adquisición de datos paralelo, sin volverse invasivo al sistemas de indicación original. 
1.3. Antecedentes. 
1.3.1. Máquina universal Baldwin. 
 
Las máquinas de pruebas son esencialmente instrumentos para aplicar una carga controlada que 
se aplica sobre una probeta, para determinar las propiedades mecánicas del material del cual está 
hecha. 
La máquina universal Baldwin consta principalmente de tres sistemas básicos: el sistema de carga, 
el sistema de pesado y el sistema de indicación. 
4 
 
Sistema de carga. 
El sistema de carga es un sistema hidráulico, que consta de un motor y una bomba hidráulica, para 
poder desplazar un pistón y aplicar la carga hacia la probeta, además consta de dos válvulas una 
de carga y otra de descarga para el control de flujo [Imagen 1.1 ]. 
 
Imagen 1.1. Sistema de carga de la máquina universal. 
 
Sistema de pesado. 
 
El sistema de pesado identifica la carga que se está ejerciendo sobre la probeta, esto lo hace a 
través de tomar una muestra de la presión del fluido que existe entre el cilindro y el pistón a esta 
parte de la máquina se le llama cápsula [Imagen 1.2]. 
5 
 
 
Imagen 1.1. Sistema de pesado de la máquina universal. 
 
Sistema de indicación. 
 
El sistema de indicación es un sistema que transforma la presión hidráulica en movimiento de una 
aguja la cual reporta el valor de la carga a través de un panel graduado [Imagen 1.3]. 
 
Imagen 1.3. Sistema de indicación de la máquina universal. 
 
Principales componentes de la máquina universal Baldwin. 
 
a) Cabezal de tensión. 
b) Cabezal ajustable. 
6 
 
c) Columnas. 
d) Tornillos. 
e) Mesa. 
f) Resortes. 
g) Cilindro. 
h) Válvula de carga. 
i) Válvula de descarga. 
j) Panel de indicación de la carga. 
k) Motor de ajuste de cabezal. 
 
Imagen 1.2. Principales componentes de la máquina universal Baldwin. 
 
1.3.2. Prueba de tensión y compresión. 
 
Se necesita del conocimiento de los tipos de pruebas que se realizan, cómo se llevan a cabo, los 
materiales, las dimensiones de las probetas y cuáles son las propiedades mecánicas de los 
materiales que se pueden determinar a través de un ensayo. 
En la máquina universal Baldwin se pueden realizar pruebas de tensión, compresión y flexión, con 
las cuales se determinan las propiedades mecánicas del material. Regularmente las pruebas de 
tensión y compresión son las que se llevan a cabo con mayor frecuencia, ya que con ellas se 
pueden determinar la mayoría de las propiedades mecánicas del material ensayado. 
Una prueba de tensión o compresión, se lleva a cabo sometiendo el material de estudio a una 
carga (ya sea de tracción o de compresión) dependiendo el material, aplicando la carga axialmente 
y de manera gradual. 
7 
 
Algunas de las propiedades mecánicas que se pueden determinar al ejecutar alguna de estas 
pruebas son: 
 Fluencia: Es el comportamiento que tiene un material cuando la deformación deja de ser 
elástica y comienza la deformación plástica. 
 Límite de proporcionalidad: Es el punto donde el esfuerzo y deformación dejan de ser 
proporcionales, por lo siguiente, después de este punto ya no se cumple el módulo de 
elasticidad o módulo de Young. 
 Límite elástico: Es un punto donde la deformación deja de ser elástica y comienza la 
deformación plástica pero este punto se determina de manera práctica. Para determinar 
este punto en la gráfica esfuerzo-deformación se traza una recta paralela a la pendiente 
correspondiente al módulo de Young con un corrimiento de 0.002 en la deformación. 
 Resistencia a la tracción: Es la tensión máxima que puede soportar una probeta. 
 Resilencia: Capacidad de un material para absorber energía al aplicarle una carga que lo 
deforme elásticamente y de ceder esta energía al dejar de aplicar la carga para poder 
recuperarse de la deformación. 
 Tenacidad: Capacidad de un material de absorber energía hasta llegar a su fractura. 
 Ductilidad: Es la cantidad de deformación plástica que puede soportar un material hasta 
llegar a su fractura. 
 Coeficiente de Poisson: Es una constante elástica resultado de la relación entre la 
deformación lateral y la deformación axial en una probeta con carga axial. 
1.3.3. Desarrollo de las pruebas. 
 
Para poder abordar de mejor manera el problema se debió conocer cómo se lleva a cabo una 
prueba en la máquina universal Baldwin por lo que se describe brevemente como se debe 
desarrollar una prueba de tensión y una prueba de compresión en la maquina universal Baldwin. 
Desarrollo de una prueba de Compresión. 
1) Posicionar el cabezal de tensión dependiendo de la probeta con la cual se realizará la 
prueba con un espacio aproximado de 1 pulgada más de la dimensión de la probeta. 
2) Colocar la probeta en la mesa de la máquina asegurándose de que este centrada. 
3) Abrir la válvula de descarga y cerrar la válvula de carga, esto se realiza para asegurar que 
no existe presión en el sistema hidráulico de la máquina. 
4) Encender la bomba hidráulica de la bomba. 
5) Cerrar la válvula de descarga y comenzar a abrir la válvula de carga de manera que la carga 
se aplique en la proporción deseada. 
6) Observar y adquirir las lecturas de carga en el sistema de indicación y la deformación lineal 
por medio de un micrómetro (se debe realizar en un parámetro de carga ya establecido 
dependiendo del número de datos que se deseen adquirir). 
7) Al terminar la prueba, cerramos la válvula de carga y abrimos la válvula de descarga. 
8 
 
Desarrollo de una prueba de Tensión. 
 
1) Posicionar el cabezal de tensión dependiendo de la longitud de la probeta con la cual se 
realizara la prueba. 
2) Insertar las mordazas correspondientes a la geometría de la probeta, colocándolas tanto 
en el cabezal de tensióncomo en el cabezal ajustable. 
3) Insertar la probeta en el cabezal de tensión. 
4) Posicionar el cabezal ajustable con respecto a la longitud de la probeta. 
5) Colocar un extensómetro con el cual se medirá la deformación lineal de la probeta. 
6) Abrir la válvula de descarga y cerrar la válvula de carga, esto se realiza para asegurar que 
no existe presión en el sistema hidráulico de la máquina al iniciar la prueba. 
7) Encender la bomba hidráulica de la máquina. 
8) Cerrar la válvula de descarga y comenzar a abrir la válvula de carga de manera que la carga 
se aplique en la proporción deseada. 
9) Observar y adquirir las lecturas de la carga en panel y la deformación en el extensómetro 
(se debe realizar en un parámetro de carga ya establecido dependiendo del número de 
datos que se deseen adquirir). 
10) Una vez que la probeta falle, la válvula de carga se cierra y se abre la válvula de descarga. 
 
1.3.4. Materiales de estudio y dimensiones de probetas 
 
Dependiendo de la prueba que se vaya a realizar existen diferentes materiales de estudio. Dentro 
del laboratorio L4 de la facultad de estudios superiores Aragón principalmente se realizan pruebas 
de tensión, de compresión y flexión por ello es que a continuación se dan algunas probetas que se 
estudian al realizar las pruebas. 
Probetas de tensión. 
Probeta normalizada. 
La Norma ASTM – E8 engloba a los metales para pruebas de tensión en probetas de sección 
rectangular y probetas de sección circular. 
Dentro de las capacidades de esta máquina por regular se manejan probetas normalizadas de 
sección circular por lo que se dan sus especificaciones de acuerdo a la Norma ASTM-E8 [Imagen 
1.5] [Imagen 1.6]. 
9 
 
 
Imagen 1.5. Especificaciones de una probeta normalizada por la Norma ASTM-E8. 
 
Imagen 1.6. Especificaciones de una probeta normalizada por la Norma ASTM-E8. 
 
Varillas. 
A pesar de que la norma ASTM- E8 engloba todos los metales en las imágenes 5 solo se muestra la 
representación de la probeta normalizada que se utiliza dentro del estudio del laboratorio L4, 
también se llevan a cabo pruebas de tensión en varillas y para esto se utiliza la Norma Mexicana 
NMX-B-032-1988, donde se establecen los mínimos valores de algunas propiedades mecánicas 
que se deben obtener al realizar una prueba de tensión en varillas de acero [Imagen 1.7]. 
10 
 
 
Imagen 1.7. Tabla de resultados mínimos que deben obtener en varillas. 
 
Otras normas existentes que se pueden utilizar para realizar pruebas de tensión en diferentes 
materiales son las siguientes: 
ASTM – D638: Norma utilizada para Pruebas con Plásticos. 
ASTM – D882: Norma utilizada para Pruebas con láminas de Plástico delgadas. 
ASTM – D2343: Norma utilizada para Pruebas con Fibras de Vidrio. 
ASTM – D892: Norma utilizada para Pruebas con Adhesivos. 
ASTM-D412: Norma utilizada para Pruebas con Caucho Vulcanizado y Elastómeros Termoplásticos. 
Probetas de Compresión. 
Para las probetas de compresión los materiales más utilizados son concretos y en algunas 
ocasiones se realizan pruebas de compresión en metales, maderas, aluminio, latón, bronce, 
tuberías y tabiques. 
Para probetas de concreto pueden ser elaboradas de tipo cilíndricas, tipo cúbicas o tipo 
prismáticas. 
Normalmente la probetas que se utilizan para realizar una prueba de compresión en concreto son 
de tipo cilíndricas. 
Las dimensiones para probetas cilíndricas de concreto son las siguientes: 
a) Diámetro 100 mm, altura 200 mm 
b) Diámetro 150 mm, altura 300 mm 
11 
 
En algunas ocasiones se llega ocupar probetas de diámetro de 250 mm y altura de 500 mm, 
dependiendo del tipo de concreto. 
Para probetas cúbicas las dimensiones pueden ser en las siguientes representaciones: 
a) 100 mm 
b) 150 mm 
c) 200 mm 
d) 300 mm 
Y para las probetas de tipo prismáticas son: 
a) 150 mm X 150 mm X 450 mm 
b) 200 mm X 200 mm X 600 mm 
Probetas Metálicas. 
Las probetas para realizar pruebas de compresión en probetas metálicas también están 
normalizadas por ASTM- E9, en la norma las probetas se clasifican en probetas cortas, medianas y 
largas [Imagen 1.8]. 
 
Imagen 1.8. Probetas para ensayos de compresion en materiales metalicos 
Con esta información podremos tener un mejor enfoque de cómo solucionar la necesidad que se 
presentó y mayor criterio para la toma de decisiones. 
1.4. Objetivo 
 
Desarrollar un sistema de supervisión y adquisición de datos, paralelo al sistema existente que 
permita, graficar y generar un reporte de los datos obtenidos de desplazamiento y carga en las 
pruebas de tensión y compresión realizados en la máquina de pruebas universal marca BALDWIN 
del laboratorio de ingeniería civil de la Facultad de Estudios Superiores Aragón de la UNAM. 
12 
 
2.- Diseño Conceptual. 
2.- Diseño Conceptual 
"El éxito no se logra con la suerte, 
es el resultada de un esfuerza constante", 
señ,l sin filtro PIot o lIIIi 
~Isinfiltro 
o 
~ñal con filtro 
o 
toma de dato 
Time 
STOP 
13 
 
2.1. Instrumentación. 
El realizar un ensayo dentro de un laboratorio obliga a mediciones precisas, una forma fácil de 
poder entregar este tipo de valores, es con el apoyo de dispositivos electrónicos que transformen 
una magnitud física en una señal eléctrica y otro capaz de interpretar las señales producidas para 
poder mostrar los resultados obtenidos, a este proceso se le llama instrumentación electrónica. 
2.1.1. Metodología de la instrumentación. 
Una vez conocida la necesidad se estableció la metodología para el desarrollo del proyecto, la cual 
se obtuvo a partir de cómo se desarrolla una prueba, dentro de una máquina universal. Nuestra 
metodología consta de los siguientes puntos de desarrollo [Imagen 2.1]. 
 
Imagen 2.1.Metodología para la instrumentación. 
 
Identificación de las variables. 
 
El objetivo es identificar las variables que intervienen en el proceso, para arrojar los resultados 
correspondientes de la prueba. 
En este caso las variables que necesitamos son la carga y el desplazamiento axial que sufre la 
probeta que se encuentra sometida a la prueba. 
A través de la carga y la deformación axial que se genera en la probeta podemos generar la gráfica 
esfuerzo-deformación y determinar varias propiedades mecánicas correspondientes al material 
que se ensayó [Imagen 2.2]. 
14 
 
 
Imagen 2.2. Ejemplo de una gráfica esfuerzo-deformación. 
En cuestión analítica las ecuaciones que podemos utilizar de las cuales nos apoyaremos para el 
desarrollo de nuestro proyecto son las siguientes. 
Para determinar el esfuerzo que se presenta en la probeta a ensayar debemos contar con dos 
parámetros que son la fuerza aplicada y el área de la probeta. 
𝜎 =
𝐹
𝐴0
 
 Dónde: σ= Esfuerzo (N/m2, Kg/mm2, lb/in2). 
F= Fuerza Aplicada (N, Kg, lb). 
 A0= Área original de la probeta(m2, mm2, in2). 
La otra ecuación que ocuparemos es la de la deformación unitaria que es el cambio de dimensión 
que sufre la probeta al aplicarle una carga de tensión o de compresión. 
 
𝜀 =
(𝑙𝑖 − 𝑙0)
𝑙0
 
Donde: ε=Deformación unitaria (mm/mm, in/in) . 
li= Longitud instantánea(mm, in). 
 l0= Longitud original (mm, in). 
15 
 
A estos dos parámetros se les conoce como esfuerzo y deformación nominal (o ingenieril) ya que 
en estos parámetros no se toma en cuenta el cambio de área que sufre la sección transversal de la 
probeta. 
𝜎𝑟𝑒𝑎𝑙 =
𝐹
𝐴
 
 Dónde: σreal= Esfuerzo real (N/m2, Kg/mm2, lb/in2). 
F= Fuerza Aplicada (N, Kg, lb). 
 A= Área instantánea de la probeta (m2, mm2, in2). 
𝜖𝑟𝑒𝑎𝑙 = ln (
𝑙𝑖
𝑙0
) 
Dónde: εreal= Deformación real (mm/mm, in/in) .. 
li= Longitud instantánea(m, mm in). 
 l0= longitud original (m, mm in). 
Los esfuerzos y deformaciones reales solo se utilizan en procesos de manufactura donde es 
necesario conocer el comportamiento del material cuando se deforma plásticamente ya que en la 
zona deformación elástica los valores de los esfuerzos y deformacionesnominales y reales 
prácticamente coinciden [Imagen 2.3]. 
 
Imagen 2.3. Comparación de una gráfica esfuerzo-deformación reales Vs esfuerzo deformación 
nominal. 
16 
 
Además con la relación entre el esfuerzo y la deformación de cuerdo a la ley de Hooke, podemos 
obtener el módulo de Young o módulo de elasticidad, en el cual el esfuerzo y la deformación 
crecen de manera proporcional, pero esto solamente sucede cuando el material se encuentra en 
la sección de deformación elástica una vez que la deformación es plástica la proporcionalidad 
entre el esfuerzo y la deformación se pierde y por lo tanto, deja de cumplirse el módulo de Young. 
Ley de Hooke: 
𝜎 = 𝐸 ∗ 𝜖 
Despejando el módulo de Young: 
𝐸 = 
𝜎
𝜖
 
Dónde: E= Modulo de Young (N/m2, Kg/mm2, lb/in2). 
𝜎 = Esfuerzo (N/m2, Kg/mm2, lb/in2). 
 𝜖 = Deformacion (mm/mm, in/in) .. 
Selección de sensores 
 
Una vez que conocemos las variables con las cuales vamos a trabajar podemos determinar que 
dispositivos son los indicados para poder medir los valores correspondientes a cada una de las 
variables. 
Por lo tanto, necesitamos 2 elementos capaces de transformar el desplazamiento y la carga 
respectivamente, en señales eléctricas proporcionales al valor del desplazamiento o de la carga 
aplicada. 
Los dispositivos que son capaces de transformar las variables físicas en señales eléctricas se les 
llaman sensores. 
En nuestro caso nos interesan sensores de desplazamiento lineal y sensores de presión o de carga. 
Sensores de desplazamiento 
Dentro de las opciones que se tiene para elegir un sensor para medir desplazamiento se 
encuentran los siguientes. 
a) LVDT (linear variable differential transformer) 
Los sensores de tipo LVDT son elementos que trabajan por inducción. Esto permite que el 
movimiento lineal del núcleo en el interior del cuerpo del sensor provoque una variación de 
inducción entre un embobinado primario y un embobinado secundario, entregando un cambio en 
la señal de salida, que es proporcional al desplazamiento. 
17 
 
Características 
 Operación libre de fricción. 
 Resolución infinita. 
 Alta vida útil. 
 Alta sensibilidad(entre 53 µv/mm a 3200 µv/mm) 
 Respuesta rápida. 
 Variabilidad de rangos de medición. 
 
b) Encoder Óptico 
Un encoder es un transductor que convierte una magnitud de una posición lineal como angular a 
una señal digital. 
El encoder óptico utiliza una regleta de vidrio o de metal ranurada, un LED que brilla a través de 
cada ranura y cuenta con uno o más receptores, que al detectar la luz producida por el LED 
produce la señal del encoder. 
Características 
 Rango: Desde 60 mm hasta 990 mm. 
 Resolución: Desde 1 micra. 
 Resolución: hasta 0.18 mm (dependiendo de la separación de las ranura en la regleta) 
 
c) Encoder magnético. 
Un encoder lineal magnético o encoder de cinta magnética, se basa en el mismo principio que el 
de un encoder óptico, un detector cuenta pulsos a su paso, pero en este caso en vez de detectar 
cuando la luz del LED pasa a través de las ranuras de la regleta, un cabezal detecta la polarización 
N/S de una banda magnética. 
Características. 
 Resolución: una micra 
 Rango: hasta 30000 mm 
 Periodo magnético: de 2 mm a 5 mm 
 
d) Potenciómetro. 
Un potenciómetro es un resistor cuyo valor de resistencia es variable, y a medida que existe un 
desplazamiento, cambia el valor de la resistencia proporcionalmente al desplazamiento. 
Características 
 Rango: de 25 mm a hasta 950 mm 
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 Resolución: Infinita 
 Resistividad: de 1, 5 a 10 KΩ, según en modelo. 
 
e) Laser. 
Este tipo de medición se realiza con un sistema formado por un láser, un sensor tipo cámara y un 
dispositivo DSP, el haz de luz láser incide en el objeto y se usa una cámara para buscar la ubicación 
del punto del láser. Dependiendo de la distancia a la que el láser golpee una superficie, el punto 
del láser aparece en lugares diferentes en el sensor de la cámara. 
Características. 
 Rango: de 20 mm a 1000 mm dependiendo del modelo. 
 Resolución: hasta 10 μm en el mejor de los modelos. 
 Respuesta rápida. 
Sensores de carga y presión. 
Para poder determinar el valor de la variable del esfuerzo que se genera en la probeta al 
someterla a una prueba se encuentran 2 importantes opciones. 
a) Celda de carga 
Una celda de carga es un transductor que convierte la fuerza mecánica en señales eléctricas. Hay 
muchos tipos diferentes de células de carga que operan de formas diferentes, pero la célula de 
carga más comúnmente utilizada hoy en día es la galga extensométrica. Las células de carga 
mediante galgas extensométricas utilizan una matriz de galgas para medir la deformación de un 
componente de una estructura y convertirla en una señal eléctrica. 
Características. 
Rango: Dependiendo de la aplicación y del modelo que se vaya a utilizar el rango de las células de 
carga puede estar desde 0.1 mg hasta 1200 T. 
Sensibilidad: Al igual que en el caso del rango puede variar dependiendo de la aplicación y el 
modelo. 
b) Transductor de presión. 
Los sensores de presión o transductores de presión son elementos que transforman la magnitud 
física de presión en una magnitud eléctrica que será la que emplearemos en los equipos de 
automatización o adquisición estándar. 
Características 
Rango: Los rangos son muy amplios, desde unas milésimas de bar hasta los miles de bar. 
19 
 
Para cubrir los diferentes rangos de medida, precisión y protección, disponemos de una gran 
variedad de transductores de presión, que nos permiten cubrir todas nuestras necesidades. 
Sensibilidad: Depende del modelo del sensor. 
Una vez analizada esta información podemos determinar que sensores pueden ser los más 
adecuados para cubrir la medición de nuestras variables. 
En cuestión de la medición del desplazamiento, los dispositivos que de acuerdo a sus 
características y su funcionamiento serían los más acordes para cumplir con este objetivo serian el 
sensor LVDT o un potenciómetro lineal. 
Para medir el esfuerzo generado en la probeta, el más apto para poder desarrollar esta tarea sería 
un transductor de presión ya sus características y montaje son los ideales para trabajar en 
conjunto con la máquina universal Baldwin. 
Acondicionamiento de señal. 
 
La señal de salida de un dispositivo de medición, regularmente no se puede conectar directamente 
a un sistema de adquisición de datos, esto debido que en la mayoría de estos dispositivos la señal 
que mandan puede ser demasiado pequeña por lo que la señal debe ser amplificada, las señales 
en algunas ocasiones suelen contener interferencias, (a lo que también se le conoce como ruido) 
en este caso se debe filtrar la señal, eliminando de esta manera las interferencias, otra 
problemática que se puede llegar a tener en una señal es que no sea lineal, en este caso los 
valores de la señal no son proporcionales a los valores de nuestra variables, por lo cual debemos 
realizar un proceso de linealización y en algunas ocasiones se tiene que transformar de valores de 
voltaje a valores de corriente o viceversa, a todos estos procesos de modificación de la señal se les 
llama acondicionamiento de señal. 
Amplificadores operacionales 
Para poder amplificar una señal, debemos contar con el apoyo de un dispositivo llamado 
amplificador operacional, básicamente el amplificador operacional es un dispositivo capaz de 
generar un aumento en la señal a través de la diferencia de sus dos entradas, con una alta 
ganancia lo que genera el incremento en el valor de la señal, una impedancia de entrada muy alta, 
y una baja impedancia de salida. 
Para generar este proceso se cuentan con diferentes configuraciones que están ligadas a 
operaciones matemáticas, y dependiendo de cada necesidad es que se ocupan estas 
configuraciones. 
Amplificador de instrumentación 
Existen sensores, que pueden generar señales muy pequeñas del orden de microvolts opocos 
milivolts, para realizar las mencionadas mediciones se deberá utilizar en su entrada Amplificadores 
20 
 
de Instrumentación. Los amplificadores de Instrumentación amplifican la diferencia entre dos 
señales hasta con una ganancia de 1000, claro esto estableciendo el amplificador como ideal, ya 
que en la realidad el límite de amplificación es el voltaje de alimentación con el cual se alimenta el 
amplificador de instrumentación, esto quiere decir que si por ejemplo tenemos una señal de 1volt 
y la amplificamos con una ganancia de 1000, tendríamos idealmente 1000volts, pero la realidad es 
que si el amplificador esta alimentado con una fuente de 12 volts lo máximo que nos puede 
entregar nuestro amplificador son 12volts. 
Varias características que diferencian a un amplificador de instrumentación con un amplificador 
operacional: 
a) Los amplificadores de instrumentación tienen ganancias muy grandes con un solo 
dispositivo, al contrario de un amplificador operacional que para entregar grandes 
ganancias necesitan de una realimentación y del apoyo de diferentes dispositivos. 
b) Tanto el amplificador de instrumentación como el amplificador operacional tienen una 
alta impedancia a la entrada pero el amplificador operacional al conectar la 
retroalimentación y los dispositivos externos la impedancia baja considerablemente. 
c) El amplificador de instrumentación tiene un rango de voltaje y un rechazo en modo común 
(CMRR) superiores a un amplificador operacional. 
CMRR (Relación de Rechazo de Modo Común). 
Cuando existe un voltaje común en las entradas del amplificador de instrumentación, no debería 
existir un valor en voltaje, pero esto no sucede ya que puede producirse un desbalance por la 
variación de una de sus resistencias lo que producirá una señal que será aplicada entre ambas 
entradas y será amplificada. Por lo que es necesario tener un rechazo de este desbalance y tratar 
de llegar al cero, a esta capacidad de rechazo se llama relación de rechazo de modo común. 
Análisis matemático de un amplificador de instrumentación. 
La configuración de un amplificador de instrumentación cuenta con dos etapas [Imagen 2.4]. 
- Primera Etapa: se compone de dos seguidores de voltaje con tres resistencias intercalas en serie 
a la salida. 
- Segunda Etapa: se compone de un amplificador diferencial básico. 
 
21 
 
 
Imagen 2.4. Diagrama de un amplificador de instrumentación. 
 
El análisis de la primer etapa se realiza de la siente manera. 
Para determinar el valor de V01 y de V02 se deben tomar en cuenta las siguientes consideraciones. 
 iG = i3 
 
………………………………(2.1) 
 
VG =
(V1 − V2)
RG
 
 
………………………………(2.2) 
 
i3 =
(V2 − V02)
R3
=
(V01 − V1)
R3
 ………………………………(2.3) 
 
Igualamos iG e i3, para obtener el valor de V01 y de V02 
 (V1 − V2)
RG
=
(V01 − V1)
R3
 
 
V01 =
(V1 − V2)
RG
(R3) + V1 
 
………………………………(2.4) 
 (V1 − V2)
RG
=
(V2 − V02)
R3
 
 
 
 (V1 − V2)
RG
=
(V2 − V02)
R3
 
 
 
22 
 
 
−V02 =
(V1 − V2)
RG
(R3) − V2 
 
 
 
V02 = −
(V1 − V2)
RG
(R3) + V2 
 
………………………………(2.5) 
Factorizando las ecuaciones 2.4 y 2.5. 
 
V01 = V1 (
R3
RG
+ 1) −
R3
RG
V2 ………………………………(2.6) 
 
V02 = V2 (
R3
RG
+ 1) −
R3
RG
V1 
 
………………………………(2.7) 
 
Análisis de la segunda etapa. 
Entrada no inversora 
 i1 = i2 ………………………………(2.8) 
 
i1 =
(V02 − V𝐷)
R1
 
 
………………………………(2.9) 
 
i2 =
(VD − 0)
R2
 ………………………………(2.10) 
 
 
Por lo tanto. 
 (V02 − V𝐷)
R1
=
(VD)
R2
 
 
Despejando VD 
 V𝐷𝑅1
R2
+ V𝐷 = V02 
 
V𝐷 (
𝑅1
R2
+ 1) = V02 
 
 
 
V𝐷 =
V02𝑅2
R1 + R2
 ………………………………(2.11) 
 
23 
 
Entrada inversora 
 i1 = i2 
 
i1 =
(V01 − V𝐶)
R1
 
 
………………………………(2.12) 
 
i2 =
(VC − V𝑂)
R2
 
 
………………………………(2.13) 
 
Por lo tanto. 
 (V01 − V𝐶)
R1
=
(VC − V𝑂)
R2
 
 
Despejando VC 
 V𝐶𝑅2
R1
+ V𝐶 = V𝑂 +
V01𝑅2
R1
 
 
V𝐶 (
𝑅2
R1
+ 1) = V𝑂 +
V01𝑅2
R1
 
 
 
 
V𝐶 =
V𝑂𝑅1
R1 + R2
+
V01𝑅2
R1 + R2
 ………………………………(2.14) 
 
Por último idealmente 
 V𝐶 = V𝐷 
 
 
 
V𝑂𝑅1
R1 + R2
+
V01𝑅2
R1 + R2
=
V02𝑅2
R1 + R2
 
 
 
Despejamos Vo 
 V𝑂𝑅1
R1 + R2
=
V02𝑅2
R1 + R2
−
V01𝑅2
R1 + R2
 
 
 
 
V𝑂𝑅1
R1 + R2
= (V02 − V01)
𝑅2
R1 + R2
 
 
 
24 
 
 
V𝑜 = (V02 − V01)
𝑅2(R1 + R2)
𝑅1(R1 + R2)
 
 
 
 
V𝑜 = (V02 − V01)
𝑅2
𝑅1
 …………………………(2.15) 
 
Sustituyendo V01 de la ecuación 2.6 y V02 de la ecuación 2.7. 
V𝑜 = ((V2 (
R3
RG
+ 1) −
R3
RG
V1 ) − (V1 (
R3
RG
+ 1) −
R3
RG
V2))
𝑅2
𝑅1
 
Factorizando los términos. 
 
V𝑜 = ((V2 − V1 ) (2
R3
RG
+ 1))
𝑅2
𝑅1
 
 
…………………………(2.16) 
Dónde: Vo= Voltaje de salida (V). 
V1= Voltaje de entrada (V). 
V2= Voltaje de entrada (V). 
R3,R2,R1= Resistencias internas del amplificador(ohms) 
Rg= Resistencia externa del amplificador (ohms) 
Para obtener la ganancia debemos dividir el voltaje de salida entre el voltaje de entrada por lo 
tanto la ganancia de un amplificador de instrumentación es igual: 
 
𝐺 =
V𝑜
(V2 − V1 )
= ((2
R3
RG
+ 1))
𝑅2
𝑅1
 
 
 
…………………………(2.17) 
Dónde: G= Ganancia del amplificador. 
Vo= Voltaje de salida (V). 
V1= Voltaje de entrada (V). 
V2= Voltaje de entrada (V). 
R3,R2,R1= Resistencias internas del amplificador(ohms). 
Rg= Resistencias de variación de ganancia (ohms). 
 
25 
 
Despejando Vo queda de la siguiente manera: 
 V𝑜 = (V2 − V1 )G …………………………(2.18) 
 
Dónde: Vo= Voltaje de salida (V). 
G= Ganancia del amplificador. 
V1= Voltaje de entrada (V). 
V2= Voltaje de entrada (V). 
Con el análisis, podemos observar que la ganancia también la podemos determinar con el arreglo 
de resistencias internas del amplificador de instrumentación y a partir de esto vemos que la 
amplificación puede ser tan grande dependiendo del valor de las resistencias. 
Filtros. 
Un filtro digital es un sistema que a través de procesos estadísticos genera un promedio de una 
señal con variaciones (ruido), este promedio es representado como una señal eléctrica de salida. 
 
Un filtro es designado por una o más frecuencias de corte específicas, esto es el punto de cruce de 
la acción del filtro. En un lado de la frecuencia de corte, la señal es totalmente aceptada (recibe 
una amplificación máxima o atenuación mínima), mientras que en el otro lado la frecuencia de 
corte, la señal es totalmente bloqueada (recibe una amplificación mínima o máxima atenuación). 
 
Dentro de los filtros digitales más importantes se encuentran en filtro IIR (infinita impulse 
response) y FIR (finite impulse response). 
El filtro FIR genera el filtro a partir de solo los datos de entrada, por esto mismo se le llama de 
respuesta finita, ya que dejar de mandar la señal se termina el proceso. 
A diferencia del filtro FIR el filtro IIR causa una un respuesta infinita ya que el promedio se genera 
tanto de los datos de entrada como en los datos de salida, por esto mismo el proceso no termina. 
Con los filtro IIR se tiende a realizar aproximación a filtros analógico, se dice que es una 
aproximación ya que un filtro analógico emplea circuitos electrónicos con componentes discretos 
tales como resistencias, condensadores, amplificadores operacionales, y el filtro digital trata de 
aproximarse a través de puntos que se determinan estadísticamente. 
Aproximación a Filtro Butterworth 
El filtro Butterworth tiene una respuesta en frecuencia es muy plana a la mitad de la banda de 
paso, y un poco redondeada en las cercanías a la frecuencia de corte [Imagen 2.5]. El filtro 
Butterworth es una de las aproximaciones más usadas, debido a las siguientes características: 
1. La curva de magnitud es máximamente plana dentro de la banda de paso. 
26 
 
2. La curva es monotónicamente decreciente. 
 
Imagen 2.5. Aproximación Butterworth de orden 2, 3 y 4. 
 
La respuesta en frecuencia de un filtro Butterworth es muy plana (no posee ondulaciones) en la 
banda pasante, y se aproxima del cero en la banda rechazada. 
 Aproximación a Filtro Chebyshev. 
El filtrode Chebyshev, tiene una región de transición más pequeña que la del Butterworth, para un 
filtro del mismo orden, pero presenta rizado en la banda de paso. La pendiente de la zona de 
transición es mayor cuando aumenta el orden del filtro, así como el número de ripples en la banda 
de paso [Imagen 2.6]. 
27 
 
 
 
Imagen 2.6. Respuesta de una aproximación a un filtro Chebyshev 
 
 Aproximación a Filtro Elíptico. 
 
Este es el filtro con la región de transición más pequeña pero con la desventaja de que se tiene 
rizado tanto en la banda de filtrado como en la banda eliminada. 
 
Aproximación a filtro Bessel. 
El filtro Bessel es muy parecido al filtro Butterworth, ya que tienen una banda pasante plana (no 
tanto como en el filtro Butterworth), pero para un filtro Bessel del mismo orden que un filtro 
Butterworth tiene mayor región de transición. 
Lectura de señal. 
 
La lectura de señal es el proceso mediante el cual detectamos los valores de nuestras variables, a 
través de las señales eléctricas que nos son entregadas por nuestros sensores y que han sido 
acondicionadas dependiendo de la necesidad que se haya tenido. 
Esta lectura se puede realizar con diversos dispositivos como por ejemplo un microcontrolador o 
un sistema de adquisición de datos. 
El más viable para un desarrollo industrial es un sistema de adquisición de datos ya que 
dependiendo del número de variables y velocidad de lectura, podemos elegir el sistema que sea el 
más adecuado para nuestra necesidad. 
Algo más que tenemos que considerar para la selección de un sistema de adquisición de datos, es 
el bus de comunicación que utilizaremos para enlazarlo con nuestro ordenador, por mencionar 
algunos existen el PCI, PCI express, PXI, PXI express, USB, ethernet y wireless. 
28 
 
Cada bus proporciona características distintas para la lectura de la señal. 
PCI: El bus de Interconexión de Componentes Periféricos (PCI) ofrece escritura de datos de alta 
velocidad y transferencia de datos determinística para aplicaciones de control de un solo punto. 
PCI express: A diferencia de PCI, en el cual 132 MB/s de ancho de banda son compartidos entre 
todos los dispositivos, PCI Express utiliza líneas de datos independientes que son capaces de 
transferir datos hasta 250 MB/s. Para aplicaciones de medida, esto significa velocidades de 
muestreo y de transferencia de datos más altas y múltiples dispositivos no tienen que competir 
por el tiempo en el bus. 
USB: USB ofrece una conexión económica y fácil de usar entre los dispositivos de adquisición de 
datos y las PCs. USB 2.0 tiene un ancho de banda teórico máximo de 60 MB/s. 
PXI y PXI express: PXI incorpora extensiones de instrumentación y especificaciones más rígidas a 
nivel de sistema para asegurar una especificación abierta y de alto rendimiento para medidas y 
automatización. Los beneficios de los sistemas DAQ basados en PXI incluyen empaquetado 
robusto que puede resistir las condiciones severas que por lo general existen en aplicaciones 
industriales. 
Los sistemas PXI también ofrecen una arquitectura modular, lo cual significa que usted puede 
acomodar varios dispositivos en el mismo espacio como un solo instrumento autónomo y usted 
tiene la habilidad de crecer su sistema más allá de la capacidad de una PC de escritorio con un bus 
PCI. 
Ethernet: Como un bus para DAQ, Ethernet es ideal para realizar medidas portátiles o distribuidas 
a distancias más allá de 5 m de un cable USB. Aunque el ancho de banda de la red disponible 
depende del número de dispositivos en red. 
Wireless: Los inalámbricos pueden reducir drásticamente los costos al eliminar cables y tiempo de 
instalación. Sin embargo los inalámbricos tienen la latencia más alta que cualquier otro bus DAQ, 
así que no son recomendadas las aplicaciones que requieren determinismo o control de alta 
velocidad. 
Manipulación de la señal. 
 
Una vez que se lee la señal, necesitamos mostrar los valores de nuestra variable y manejarlos para 
arrojar los resultados necesarios. 
Para esto necesitamos una plataforma que sea capaz de ofrecernos el control sobre la variable de 
estudio. 
Un programa que se desarrolló con el objetivo de realizar de mejor manera la instrumentación y 
automatización de procesos el LabVIEW. 
LabVIEW es un sistema de programación gráfica, esto quiere decir que LabVIEW requiere de un 
icono gráfico para realizar una instrucción de programación, cada uno de estos iconos representan 
una función específica en lo que respecta a la programación. Con esta manera de programar se 
pueden resolver una gran cantidad de problemas, se acelera la productividad y se puede crear 
mejores sistemas de medición y control. 
29 
 
3.- Diseño a Detalle. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.- Diseño a Detalle 
Qp~ate lools Window tlelp 
mm 
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Ring 
"El genio se compone del dos por ciento de talento 
y del 98 por ciento de perseverante aplicación ", 
'" 
30 
 
Una vez que se obtuvo la información necesaria para tomar las decisiones con respecto a las 
herramientas que podemos ocupar, de acuerdo a nuestra necesidad y a nuestras posibilidades 
económicas, podemos proseguir con el desarrollo del proyecto. 
3.1. Sensores. 
 
Los sensores seleccionados para lectura de las variables, son un potenciómetro lineal para la 
medición del desplazamiento y un transductor de presión, el potenciómetro lineal fue elegido ya 
que a través de él podemos medir el desplazamiento de la mesa, el cual es proporcional a la 
deformación lineal o nominal que sufre la probeta, para ocupar estos sensores debimos 
asegurarnos que podemos realizar la medición de las variables por lo cual se realizaron pruebas 
para cerciorarnos de que su funcionamiento era aceptable para poder adquirir valores. 
Lo primero que se realizó fue una investigación para averiguar las características de los sensores: 
Algunos de las características de los sensores son las siguientes: 
Sensor de desplazamiento. 
Marca: ASM (Automatic Sensor Messtechnik). 
Modelo: WS1.1.1250-R1K-L10. 
Sensibilidad: 0.7651 mV/V/mm. 
Rango: 0 mm – 1250 mm. 
Impedancia de salida: 1 KΩ. 
Voltaje máximo: 32 V DC a 1 KΩ. 
Repetibilidad˂1 µm. 
Resolución: ∞. 
Transductor de presión. 
Marca: Microtest. 
Modelo: CP/350. 
Capacidad: 350 bar. 
Serie: H4009. 
Salida a carga nominal (f.e.): 3 mv/v. 
Excitación eléctrica (recomendada): 10 vrms. 
Resistencia terminal entrada: 350 ohmios. 
31 
 
Resistencia terminal salida: 350 ohmios. 
Rango de tensión de excitación: 0.5 a 15 vrms. 
Rosca acoplamiento: 1/4 " bsp hembra. 
Estas características de los sensores son suficientes para poder realizar la adquisición de los datos 
y poder realizar las actividades correspondientes a través de estos datos. 
Pruebas de funcionalidad de los sensores. 
Continuidad de cables. 
La primer prueba que se realizó, fue comprobar que los cables no presentaran problemas ya que a 
partir de ellos es como alimentamos los sensores y recibimos sus señales. 
Identificación de pines de los sensores. 
Antes de alimentar los sensores nos aseguramos que los pines de los mismos se encontraban 
conectados correctamente de acuerdo a la configuración de su conector. 
Comprobación de señal de salida 
Esto se realizó con el fin de comprobar que el sensor entrega una señal de salida, al alimentar el 
sensor y cambiar el valor de nuestra variable correspondiente. 
Para realizar esta prueba en sensor de desplazamiento no hubo ninguna complicación por que el 
nivel de voltaje de salida eran los suficientemente alto para medirlos directamente con la tarjeta 
de adquisición de datos. 
Por otra parte en el transductor de presión se tuvo que implementar una amplificación, ya su 
voltaje de salida no se encuentra en el rango de lectura de la tarjeta de adquisición de datos. 
La amplificación del voltaje se realizaría con un amplificador de instrumentación de esta manera el 
voltaje de salida de transductor,puede entrar en el rango de lectura de nuestro sistema de 
adquisición de datos. 
El desarrollo de esta prueba fue determinante para conocer el funcionamiento de los sensores, en 
el caso del sensor de desplazamiento funciono de la manera esperada. 
Por otro lado el transductor de presión presentaba averías, inmediatamente se realizó una 
investigación respecto a un sensor que tuviera las características necesarias para remplazarlo y 
comenzar a adquirir datos. 
Tras la investigación se encontró un transductor con las características necesarias para remplazar 
el transductor dañado, las características del nuevo transductor son las siguientes: 
Marca: Parker 
32 
 
Sensibilidad: 
Rango: 0 a 400 bar. 
Voltaje de alimentación: de 9 V DC a 32V DC. 
Repetitividad: 0.05 % 
Linealidad: 0.05 % 
Con estas características no se necesita de un amplificador en la señal ya que este transductor 
cuenta con la amplificación interna, con lo cual podemos adquirir los datos de la señal 
directamente a la tarjeta de adquisición de datos. 
Caracterización de sensor de desplazamiento. 
Esto se llevó acabo para confirmar que la salida de la señal del sensor de desplazamiento era 
lineal, de esta manera pudimos asegurar que a un determinado desplazamiento se adquiría un 
valor de voltaje. 
La prueba se llevó a cabo a través de una interface [Imagen 3.1] la cual adquiría y mostraba el 
valor de la señal del sensor antes y después de pasar por un filtro digital. 
 
Imagen 3.1. Interfaz para determinar la linealidad del sensor de desplazamiento 
 
La caracterización se dio cada centímetro hasta completar un rango de 1200 mm. Una vez que se 
obtuvieron todos los datos se generó una tabla [Imagen 3.2] y una gráfica tanto para la señal 
filtrada como para señal sin filtro, de esta manera conocimos la linealidad del sensor. 
33 
 
 
Imagen 3.2. Tabla de resultados de la prueba de linealidad. 
 
Otra característica que pudimos determinar al caracterizar el sensor fue su sensibilidad, la cual se 
obtuvo a través de la ecuación de la recta, en donde la sensibilidad del sensor es correspondiente 
a la pendiente y en cada una de las gráficas desarrolladas existe una ecuación correspondiente al 
ajuste de la recta [imagen 3.3], [Imagen 3.4]. 
Imagen 3.3. Gráfica de la señal del sensor de desplazamiento con la aplicación de un filtro digital. 
y = 0.073x + 0.0644
R² = 0.9999
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 20 40 60 80 100 120 140
V
o
lt
aj
e
Desplazamiento
Señal con filtro
Series2
Lineal (Series2)
34 
 
 
 Imagen 3.4. Gráfica de la señal del sensor de desplazamiento. 
 
 
Como podemos observar tanto en tabla como en las gráficas el sensor es lineal lo que nos permite 
poder trabajar con el sin ningún inconveniente. 
Instalación del transductor Parker: 
Para realizar la instalación del nuevo transductor tomamos en cuenta que tanto el transductor 
como la línea para su instalación son de cuerda macho de ¼” BSP tipo G, por lo cual se fabricó un 
cople para poder comunicar la línea de presión con el transductor, otra pieza importante para la 
instalación del transductor es un amortiguador de presión, en la [Imagen 3.5] se muestran estas 
tres piezas (1. Transductor de presión, 2. Amortiguador, 3. Cople) 
y = 0.076x + 0.0705
R² = 0.9996
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 20 40 60 80 100 120 140
V
o
lt
aj
e
Desplazamiento
Señal sin filtro
Series1
Lineal (Series1)
35 
 
 
Imagen 3.5. 1) Transductor de presión, 2) Amortiguador, 3) Cople. 
Desarrollo de la instalación 
1.- El primer paso que se realizó fue el ensamble [Imagen 3.6] de las tres piezas antes 
mencionadas, de esta manera al instalarlo en la línea presión el derrame de aceite seria lo menor 
posible ya que solo se cambiaría una sola pieza. 
 
Imagen 3.6. Ensamble del transductor. 
2.- Retiramos de la línea de presión el transductor dañado [Imagen 3.7]. 
36 
 
 
Imagen 3.7. Remoción del transductor dañado 
3.- Se colocó en la línea, el ensamble del transductor, cople y amortiguador [Imagen 3.8]. 
 
Imagen 3.8. Instalación del transductor. 
4.- Por último se aplicó presión en la línea, para verificar que en la instalación no se 
presentaran fugas [Imagen 3.9], [Imagen 3.10]. 
37 
 
 
Imagen 3.9. Prueba realizada para asegurar que no existen fugas. 
 
 
Imagen 3.10. Resultados después de la prueba comprobando que no se presentaron fugas 
 
3.2. Acondicionamiento de señal 
Amplificación 
Como se mencionó anteriormente se utilizó un amplificador para que la señal del transductor de 
presión ASM entrara al rango de lectura de la tarjeta de adquisición de datos, el dispositivo que se 
utilizo fue un amplificador de instrumentación INA114 de la marca Burr-Brown, que cuenta 
internamente con tres amplificadores operacionales. Las principales características del INA114 son 
las siguientes: 
38 
 
Ganancia: 1 a 10,000. 
Voltaje de alimentación: ±2.25 a ±18 V 
Corriente: Max. 3 mA 
Estas características fueron suficientes para cubrir la amplificación de la señal del transductor de 
presión ASM. 
Para determinar la ganancia adecuada para entrar en el rango de nuestro sistema de adquisición 
de datos primero se recurrió a la ecuación 2.17 la cual nos dice que la ganancia de un amplificador 
de instrumentación la podemos determinar a través de sus resistencias internas, como todas las 
resistencias del INA114 son iguales [Imagen 3.11], la ecuación de la ganancia correspondiente al 
INA114 es la siguiente: 
 
𝐺 = 1 +
50𝑘𝛺
𝑅𝐺
 …………………………(3.1) 
 
Dónde: Rg= Resistencia externa del amplificador (ohms). 
G= Ganancia del amplificador. 
 
Imagen 3.11. Configuración interna del INA 114 
 
Como podemos observar al variar el valor de resistencia RG cambiamos el valor de ganancia que 
nos entrega el INA114, algunos valores de ganancia que es capaz de entregarnos el INA114 se 
muestran en la [Imagen 3.12] donde también se muestra el valor correspondiente de RG. 
39 
 
 
Imagen 3.12. Tabla de ganancia con diferentes valores de RG 
Para determinar el valor de ganancia que necesitamos para amplificar la señal del transductor, 
primero debemos conocer el valor máximo de voltaje que nos entregara el sensor cuando este en 
el valor máximo de su rango. 
El valor máximo que nos puede entregar el transductor lo obtenemos conociendo su sensibilidad y 
el voltaje de alimentación con el cual se va a trabajar, la sensibilidad del transductor es de 3 mV/V 
al escala completa esto quiere decir que nos entregara este valor cuando la presión del sistema 
sea de 350 bar, ahora si la esta sensibilidad la multiplicamos por el valor del alimentación no dará 
el valor de la señal en nuestro caso alimentaremos el transductor con un valor de voltaje de 10V 
por lo que el valor de la señal no queda de la siguiente manera: 
 V𝑠𝑒ñ𝑎𝑙 = 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 ∗ V𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 …………………(3.2) 
 
 V𝑠𝑒ñ𝑎𝑙 = 0.003 ∗ 10 
 
V𝑠𝑒ñ𝑎𝑙 = 0.03 𝑉 
 
 
De la ecuación 2.17 podemos determinar la ganancia necesaria para trabajar en un rango de 
voltaje aceptable para nuestro sistema de adquisición de datos, por cual este voltaje de salida del 
INA114 lo podemos seleccionar, para no afectar a nuestro sistema de adquisición de datos, se 
seleccionó un voltaje de 7.5V, además ya conocemos la diferencia de voltajes que utilizaremos a la 
entrada del INA114, el V2=V𝑠𝑒ñ𝑎𝑙 y V1 = 0. 
 
𝐺 =
V𝑜
(V2 − V1 )
 
 
𝐺 =
7.5
(. 03 − 0 )
 
 
 
40 
 
 𝐺 = 250 
Una vez que obtuvimos la ganancia que ocuparemos para amplificar la señal del transductor y a 
partir de la ecuación 3.1, podemos obtener el valor de la resistencia RG que ocuparemos para 
generar un valor de la ganancia de 250. 
 
𝐺 = 1 +
50𝑘𝛺
𝑅𝐺
 
Despejando 𝑅𝐺 
 
𝑅𝐺 =
50𝑘𝛺
(𝐺 − 1)
 
 
 
 
 𝑅𝐺 = 200.8 𝛺 
 
Como comercialmente no existe una resistencia de 200Ω, tuvimos que elegir la resistencia 
comercial más cercana la cual es de 220Ω, con esto se modificaron losvalores de la ganancia y del 
voltaje de salida que nos entregó el INA114, quedando esos valores de la siguiente manera: 
 𝐺 = 250 
 V𝑜 = 6.8𝑉 
Al confirmar que los valores del INA114 eran suficientes para poder amplificar la señal del 
transductor de presión ASM, se comenzó a trabajar para generar su circuito impreso (PCB), el 
programa que se utilizó para generar el PCB para el INA114 fue Proteus, en su plataforma de ISIS 
se genera el circuito eléctrico y se seleccionan los componentes necesarios para generar el PCB 
[Imagen 3.13]. 
 
Imagen 3.13. Circuito para la colocación del INA 114 
 
41 
 
Una vez creado el circuito eléctrico se genera el PCB en la segunda plataforma de Proteus, la cual 
se llama ARES. En ARES se generan las pistas y se posicionan los elementos sobre un área que 
representa la placa fenólica [Imagen 3.14]. 
 
Imagen 3.14. Diseño del PCB. 
 
Como podemos observar se encuentran dos circuitos integrados INA114, esto fue debido a que se 
contempló el caso en el cual la señal del sensor de desplazamiento llegara a necesitar que su señal 
de salida requiriera ser amplificada, pero como ya se mencionó anteriormente la señal del sensor 
de desplazamiento era lo suficientemente grande para poder ser leída por el sistema de 
adquisición de datos, por lo cual hubo la necesidad de amplificar la señal con un INA114. 
Una vez terminado el diseñado el PCB en Proteus y de varias iteraciones de fabricación el PCB 
quedo de la siguiente manera [Imagen 3.15]. 
 
Imagen 3.15. Circuito físico para la amplificación de las señales. 
 
42 
 
Este circuito quedo inhabilitado, debido a que el transductor de presión Microtest no entrego 
respuesta alguna al generar las pruebas y a que en el sensor de desplazamiento no era necesario 
amplificar su señal. 
Filtrado 
El filtro digital que se utilizó, fue un filtro butterworth, debido a que la respuesta que genera este 
tipo de filtro, dentro de la frecuencia de paso es la más plana dentro de los demás, además para 
implementar un filtro por medio de capacitores, de esta manera las variaciones que presentan 
cada una de las señales leídas, son mínimas comparados con el rango de lectura. 
Las variaciones presentadas en el sensor de desplazamiento son de aproximadamente 
0.01milimetro y el transductor de presión presenta una variación aproximada de 100Kg, con estos 
datos el comportamiento esperado de las probetas no se ve afectado, por lo que las pruebas serán 
confiables. 
3.3. Lectura de señal. 
Para realizar la lectura de las señales de los sensores se ocupó una tarjeta de adquisición de datos 
de National Instruments [Imagen 3.16] la cual cuenta con las siguientes características: 
Modelo: PCIe-6321 
Bus de comunicación: PCI-Express 
Entradas analógicas: 16 
Velocidad de muestreo: 250 KS/s 
Rangos de voltaje de entrada: –10 V a 10 V resolución nominal 320 µV 
 –5 V to 5 V resolución nominal 160 µV 
–1 V to 1 V resolución nominal 32 µV 
–200 mV to 200 mV resolución nominal 6.4µ V 
Salidas analógicas: 2 
Rango de voltaje de salida: –10 V a 10 V 
Velocidad de actualización de salida: 900 KS/s 
Entradas y salidas digitales: 24 
Rangos de entra y salida: 0 V a 5 V 
 
43 
 
 
Imagen 3.16. Tarjeta de adquisición de datos PCIe-6321 
 
Con estas características las señales de nuestros sensores pueden ser adquiridas sin 
complicaciones. 
Para poder conectar físicamente los sensores con la tarjeta de adquisición se necesitó de un 
bloque de conexiones [Imagen 3.17], para conectar y comunicar las señales de los sensores con la 
tarjeta de adquisición de datos con mayor facilidad. 
 
Imagen 3.17. Bloque de conexiones SCB-68 
 
Una vez que se instalaron los controladores correspondientes y se reconocieron los dispositivos en 
el ordenador, se desarrolló un diagrama de conexiones [Imagen 3.18] con el cual identificaremos 
44 
 
el cómo deben ser conectados los sensores hacia el bloque de conexiones, si las señales de los 
sensores no se conectan de esta manera las señales no podrán ser adquiridas ya que los canales 
de lectura de la tarjeta de adquisición de datos se seleccionaran desde la programación de la 
interface. 
 
 
Imagen 3.18. Diagrama eléctrico para la instalación de los sensores al bloque de conexiones. 
 
3.4. Manipulación de las señales 
Una vez que contamos con los dispositivos necesarios para adquirir las señales, necesitamos 
interpretar y manejar las señales de manera que podamos entregar los resultados deseados. 
Este proceso de manipulación de las señales se realizó con LabVIEW, en donde también 
generamos la interface con la cual el usuario podrá interactuar al realizar una prueba en la 
maquina universal. 
3.4.1. Interface 
La interface para el desarrollo de una prueba en la maquina universal era una necesidad 
primordial la cual tenía que ser cubierta totalmente, su objetivo era mostrar los datos tanto de 
carga como desplazamiento que sufre una probeta al realizarle una prueba. Sin embargo hay otras 
necesidades indirectas con la que tiene que cumplir esta interface entre las cuales están: 
a) Facilidad entendimiento. 
b) Orden. 
c) Fácil manipulación. 
d) Generación de reporte de resultados 
e) Grafica carga-desplazamiento. 
f) Calibración de la adquisición de las señales. 
45 
 
Para solucionar en alguna proporción los primeros tres incisos se optó que la interface trabajara 
por medio de ventanas y que se generara por separado el desarrollo de la prueba y calibración de 
las señales. 
Interface de desarrollo de la prueba 
 
La interface de desarrollo de la prueba cuenta con 3 ventanas: 
a) Bienvenida 
b) Parámetros 
c) Desarrollo de la prueba 
Cada una de las ventas son un VI (Instrumento Virtual) que estarán conectados por medio de 
programación realizada en LabVIEW. 
Ventana de bienvenida 
 
Esta ventana será la ventana donde inicia y termina la interface, en la ventana de bienvenida se 
tendrá el control para pasar a la ventana de parámetros o de detener el programa [Imagen 3.19]. 
 
Imagen 3.19. Ventana de inicio de la interface de desarrollo de la prueba. 
 
Como podemos observar en la imagen 3.19 el control fue proporcionado por medio de los botones 
de “Inicio” y de “alto”, al presionar el botón “Inicio” la ventana de bienvenida se cierra y nos 
ejecuta nuestra ventana de parámetros y en caso de oprimir el botón alto el programa termina 
cerrando esta ventana. 
La programación para poder realizar estas dos acciones al igual que el panel frontal se realizó en la 
plataforma de diagrama de bloques que posee LabVIEW [Imagen 3.20]. 
46 
 
 
Imagen 3.20. Diagrama de bloques correspondiente a la ventana de bienvenida. 
 
Ventana de parámetros. 
 
La ventana de parámetros [Imagen 3.21] tiene como objetivo capturar todos los datos necesarios 
para realizar la prueba entre ellos están: 
1) Carrera 
2) Materia 
3) Grupo 
4) Tipo de prueba 
5) Material 
6) Tipo de probeta 
Estos datos se ingresan para poder generar el reporte, para llevar un registro de las pruebas 
generadas y tener los datos necesarios para realizar las actividades académicas correspondientes. 
47 
 
 
Imagen 3.21. Ventana de parámetros. 
Esta ventana consta de 3 campos abiertos que se encuentran en la parte izquierda de la ventana 
en donde ingresamos los datos correspondientes a la carrera de los que llevarán a cabo la prueba, 
la materia para la cual se requiere, y el grupo. 
En la parte derecha se encuentran campos de selección correspondientes al tipo de prueba que 
puede ser tracción o compresión, también seleccionaremos el material del cual está fabricada la 
probeta a ensayar, también se cuenta con la geometría de la probeta, además de estos campos de 
selección se cuenta con campos abiertos especiales para algunas probetas sujetas a compresión. 
En la parte central inferior se encuentra un botón de listo, el cual guarda los parámetros 
seleccionados. 
Por último enla parte inferior derecha se encuentra un botón el cual nos envía a la ventana de 
desarrollo de la prueba y un segundo botón el cual nos limpia el registro de los parámetros 
seleccionados en caso de que se haya producido un error al ser seleccionados. 
Para poder realizar cada una de las funciones se programó con el siguiente diagrama de bloques 
[Imagen 3.22]. 
48 
 
 
Imagen 3.22. Diagrama de bloques correspondiente a la ventana de parámetros. 
 
~JW.rdButton 
100- -
~~~-------- Tl>isVl 
E'~ C!o<ed FP.Stat~ 
~Button 
PROBETA 
r-~ -. 
L-ii 
PROBETA . ----~ 
NÚClEO 
[IJ 
49 
 
El funcionamiento de la ventana consta en seguir los siguientes pasos: 
1) Ingresamos los datos correspondientes en los campos de carrera, materia y grupo(estos 
tres campos restringen el acceso al botón de listo, si no son llenados no podrán continuar) 
2) Seleccionamos los parámetros correspondientes a la prueba que se vaya a llevar a cabo. 
3) Una vez seleccionados los parámetros presionamos el botón listo. 
4) Al presionar el botón de listo bloquemos los parámetros seleccionados. 
5) Si los parámetros seleccionados son correctos presionamos el botón de prueba, en caso de 
que exista algún error en los parámetros seleccionados presionamos el botón de reinicia 
que limpia los parámetros establecidos. 
Ventana de Desarrollo de la prueba. 
La ventana de desarrollo de la prueba [Imagen 3.23] tiene como objetivo manipular y mostrar los 
datos adquiridos. 
 
Imagen 3.23. Ventana para desarrollo de la prueba. 
 
Los datos adquiridos serán mostrados por medio de una gráfica carga-desplazamiento, sin 
embargo necesitamos que nuestros datos adquiridos sean convertidos al valor correspondiente de 
la variable física ya que la adquisición de los datos que realizamos son valores de voltaje. Para la 
señal correspondiente al sensor de desplazamiento necesitamos dividir el valor de la señal entre 
en valor de la sensibilidad de calibración. 
𝑑 =
𝑉𝑠𝑑
𝑆𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑
 …………………………………………………..(3.3) 
Dónde: d= Desplazamiento (mm). 
Vsd= Voltaje de salida de la señal de desplazamiento (V). 
50 
 
 
Sensibilidad (V/mm) 
 
Para transformar el valor de la señal del transductor de presión necesitamos multiplicar el valor de 
la señal por un factor de calibración, el factor inicial se determinó a partir del rango de presión del 
transductor que es de 0 a 400 bar y la señal de salida es de 0 a 5volts, esto quiere decir que al 
máximo rango de presión de 400 bar obtenemos 5 volts, por lo tanto para un valor de voltaje 
entre 0 y 5 volts, debemos multiplicarlo por el factor resultante de dividir el rango máximo de 
presión entre el rango máximo de voltaje. 
𝑓 =
400
5
= 80 𝑏𝑎𝑟 𝑉⁄ 
Este factor puede cambiar debido a la calibración a la que se someterá las señales de los sensores. 
Entonces para transformar el valor de la señal, de voltaje a presión, necesitamos realizar la 
siguiente ecuación. 
𝑃 = 𝑉𝑠𝑃 × 𝑓…………………………………………………………….(3.4) 
La estructura de la ventana cuenta con los siguientes componentes: 
Una gráfica esfuerzo-deformación que se encuentra en la parte central superior de la ventana, su 
función es mostrar los datos que se generaran al llevar a cabo una prueba. 
Una ventana de video en la cual se mostrara como se desarrolla la prueba físicamente. 
Por dos botones de control para el cambio de ventanas, estos botones son un botón llamado 
bienvenida que tiene la función de cerrar la ventana de desarrollo de la prueba y abrir la ventana 
de bienvenida y un botón llamado parámetros con el cual cerramos la ventana de desarrollo de la 
prueba y regresamos a la ventana de parámetros donde podemos configurar una nueva prueba. 
Un control correspondiente a la adquisición de los datos que se realiza por medio de los botones 
que se encuentran en la parte inferior izquierda. 
Una opción para generar un reporte en excel. Este reporte se generara al presionar el botón de 
reporte 
Y por campos que nos muestran los parámetros correspondientes a la prueba. 
El diagrama de bloques [Imagen 3.24] correspondiente a la ventana, se organizó de manera en la 
que se pueda identificar de manera rápida cada una de los procesos que se realizan dentro del 
panel frontal. 
 
51 
 
 
Imagen 3.24. Diagrama de bloques correspondiente a la ventana de desarrollo de la prueba 
 
La parte 1 del diagrama de bloques [Imagen 3.25], corresponde a lectura de los parámetros de la 
prueba a través de este código programación se leen los datos que se seleccionaron en la ventana 
de parámetros y los muestra en el panel frontal de la ventana. 
52 
 
 
Imagen 3.25. Parte 1 del diagrama de bloques para la lectura de parámetros. 
 
La parte 2 [Imagen 3.26] se encarga de la lectura, la manipulación y de mostrar los resultados, por 
tanto la programación está aplicada a la generación de la gráfica esfuerzo-deformación. 
53 
 
 
Imagen 3.26. Parte 2 del diagrama de bloques correspondiente a la lectura de las señales. 
 
La parte 3 [Imagen 3.27] del diagrama de bloque se ocupa de generar el reporte de los datos de 
esfuerzo y deformación que se obtuvieron al realizar la prueba y exportarlo a una tabla de excel, 
además de los datos obtenidos en desarrollo de la prueba, se muestran los parámetros de la 
prueba y fecha y hora de su realización. 
 
Imagen 3.27. Parte 3 del diagrama de bloques correspondiente a la generación del reporte. 
La parte 4 [Imagen 3.28] del diagrama de bloques es el encargado de mostrar el desarrollo de la 
prueba a través de la transición de video. 
 
54 
 
 
Imagen 3.28. Parte 4 del diagrama de bloques correspondiente a la transmisión del video. 
Por último la parte 5 [imagen 3.29] se encarga de leer y escribir los datos de calibración para las 
señales de carga y desplazamiento. 
 
Imagen 3.29. Parte 5 del diagrama de bloques correspondiente a la lectura de datos de 
calibración. 
 
El funcionamiento de la ventana de desarrollo de la prueba debe realizarse de la siguiente manera: 
1. Una vez que la probeta y la máquina están en la posición para el inicio de la prueba, 
presionamos el botón de inicio con el cual comenzamos la adquisición de los datos. 
2. Al abrir la válvula de carga y dar inicio a la prueba tenemos las opciones de, pausar la 
prueba o de cancelarla, en caso de que la prueba sea cancelada se detiene la 
adquisición de datos y podemos regresar ya sea a la ventana de bienvenida o a la 
ventana de parámetros. 
3. Si la prueba no fue cancelada y la prueba termina de manera exitosa presionamos en 
botón finalizar. 
4. Al presionar el botón de finalizar se detiene la adquisición de los datos y tenemos la 
opción de generar un reporte en excel que contiene los datos adquiridos y los 
parámetros de la prueba que se realizó. 
5. Una vez generado el reporte podemos regresar a la ventana de parámetros y realizar 
otra prueba o regresar a la venta de bienvenida y terminar la aplicación. 
 
 
 
55 
 
Interface de calibración. 
 
Al igual que la interface de desarrollo de la prueba la interface de calibración cuenta con una 
ventana de bienvenida [Imagen 3.30], la cual tiene la función de mandar de esta ventana a otra. 
 
Imagen 3.30. Ventana de bienvenida correspondiente a la interface de calibración. 
 
La ventana de calibración de la prueba como lo dice su nombre tiene el objetivo de calibrar los 
valores de las señales que se están adquiriendo, esta calibración se realiza cambiando el valor de 
la sensibilidad en el caso del sensor desplazamiento y en el caso del transductor de presión 
cambiando el valor del factor que determino en la ecuación 3.3. 
La ventana de calibración de la prueba [Imagen 3.31] cuenta con dos indicadores virtuales de tipo 
carátula con los cuales observaremos los valores de las señales, también cuenta con dos controles 
de perilla para poder cambiar los valores de la sensibilidad del sensor de presión y el factor del 
transductor de presión, se tiene uncontrol para la adquisición de los datos que son los botones de 
inicio, pausa y alto, otros botones de control que se encuentran en la ventana, son un botón para 
guardar los valores de calibración, un botón para mostrar indicadores virtuales de tipo digital y el 
botón para regresar a la ventana de bienvenida. 
56 
 
 
Imagen 3.31. Ventana de calibración. 
 
El diagrama de bloques correspondiente a la programación de la ventana de calibración se 
muestra en la Imagen 3.32. 
 
Imagen 3.32. Bloque de conexiones correspondiente a la ventana de calibración. 
En diagrama de bloques principalmente consta de la adquisición de los datos que se encuentra en 
la parte central, también podemos observar que tenemos un control para mostrar los indicadores 
que se encuentra en la parte superior de la imagen, en la parte inferior dentro del while loop, se 
57 
 
encuentra el control para el cambio de ventana y el control para guardar los valores de calibración, 
por último en la parte inferior de la imagen, se encuentra la lectura para los valores guardados 
correspondientes a la calibración. 
3.5. Automatización virtual. 
 
El proceso médiate el cual se realizan las pruebas en la máquina universal Baldwin, se debe llevar 
acabo con una continua colaboración del operador. Para fines industriales no es una gran 
desventaja ya que el operador solo debe prestar atención al desarrollo de la prueba, pero para 
fines académicos el operador debe prestar atención tanto al proceso como a la explicación del 
mismo a los estudiantes, lo puede provocar algún accidente o error en la prueba. 
La automatización del proceso es una solución factible para esta problemática, además de que 
gracias a la automatización se puede manejar la aplicación de la carga, generando dé mejor 
manera las pruebas a partir del material a estudiar. 
La tarea más importante en la realización de las pruebas es la aplicación de la carga, la cual se 
realiza mediante válvulas mecánicas, en la automatización necesitamos de electroválvulas y 
válvulas proporcionales ya que estos dispositivos pueden ser controlados a partir de señales 
eléctricas. 
3.5.1. Electroválvulas. 
 
Estas válvulas tienen la capacidad de dar 2 repuestas, totalmente abiertas o totalmente cerradas. 
Por lo cual a través de estas válvulas podemos realizar cambios en la dirección del fluido, la 
función principal que cubrirán estas válvulas en la automatización del proceso, es permitir o 
bloquear el paso del fluido a través de la línea de presión. 
3.5.2. Válvulas proporcionales 
 
Este tipo de válvulas regula la presión y el caudal a través del movimiento de la corredera el cual 
es producido y controlado por un solenoide, este movimiento es proporcional a la señal eléctrica 
enviada hacia el solenoide de esta manera se controla tanto la apertura como el cierre de la 
válvula. 
La función que desempeñaran estas válvulas, es el control de la velocidad con la que se aplicará la 
carga hacia la probeta, ya que dependiendo de características como las dimensiones, el material 
de la probeta o el tipo de prueba, se cambia la velocidad con la cual se aplica la carga. 
Otro punto importante que se puede realizar al utilizar estos dos tipos de válvulas, es tener 
habilitado tanto el sistema hidráulico original y un sistema en paralelo con el cual se realizará la 
prueba de manera automática. Este sistema hidráulico esta presentado en la [Imagen 3.33], donde 
se muestra el diagrama hidráulico original de la máquina y un sistema paralelo en el cual se 
utilizan las electroválvulas y las válvulas proporcionales. 
58 
 
 
Imagen 3.33. Diagrama paralelo para la automatización de la máquina. 
 
Con la tarjeta de adquisición de datos que estamos utilizando para la instrumentación, podemos 
habilitar 2 válvulas proporcionales a través de sus salidas analógicas y tenemos la opción de 
manejar electroválvulas a través de las salidas digitales. Además de que podemos utilizar LabVIEW 
para controlar las válvulas. 
Debido al alto costo de las válvulas, se implementó en la misma interface de instrumentación una 
simulación de cómo se comportaría la máquina a través del sistema de carga donde se encuentran 
instaladas las válvulas, de esta manera podemos dar un acercamiento del funcionamiento de la 
máquina universal al aplicar la automatización. 
3.5.3. Simulación. 
 
Como ya se mencionó la simulación se desarrolló con la misma estructura que la interface utilizada 
para la instrumentación, pero añadiendo elementos en la ventanas de parámetros y agregando 
una nueva ventana en la cual se desarrolla la simulación. 
 
 
59 
 
Ventana de parámetros. 
 
La ventana tiene el mismo funcionamiento y estructura que la interface de instrumentación, lo 
que se agrega es un botón él cual nos envía a la simulación de la prueba [Imagen 3.34]. 
 
Imagen 3.34. Ventana de parámetros de la interface de automatización virtual. 
 
Ventana de simulación. 
 
Esta ventana tiene la misma estructura que la ventana de desarrollo de la prueba, la simulación se 
genera a partir de dos elementos muy importantes cuando se realiza una prueba. 
El primer elemento de la simulación, es el desplazamiento del pistón de la máquina al 
implementar el sistema de carga a través de la válvula proporcional, el movimiento se generó a 
partir de un modelo CAD, simulando la transmisión del video como si se desarrollara una prueba 
[Imagen 3.35]. 
El otro elemento simulado fue la generación y adquisición de los datos, generando de esta manera 
la gráfica carga-desplazamiento. 
Botón de 
simulación 
60 
 
 
Imagen 3.35. Ventana de desarrollo de la prueba para automatización. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
61 
 
4.- Validación y Resultados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
62 
 
4.1. Resultados 
En la parte de instrumentación de la máquina, se realizaron pruebas de tensión sobre varillas 
grado 42, donde los resultados teóricos esperados se encuentran en la imagen 7, que son los datos 
expuestos por la Norma Mexicana NMX-B-032-1988. 
La primer prueba realizada fue en una varilla del número 4(diámetro de ½”), los datos adquiridos 
de carga y desplazamiento se presentan en la Imagen 4.1 correspondiente al reporte en Excel que 
se genera desde la interfaz de desarrollo de la prueba, además se agregó el cálculo de los 
esfuerzos, a través de los valores de carga adquiridos y una gráfica esfuerzo desplazamiento. 
 
Imagen 4.1. Reporte generado de la primera prueba. 
 
La segunda prueba generada fue realizada con una varilla número 6 (diámetro de ¾”), en la 
Imagen 4.2 se muestran los datos adquiridos en la interfaz, en la Imagen 4.3 se muestra el reporte 
de los datos con el anexo del cálculo del esfuerzo y la gráfica esfuerzo-desplazamiento. 
 
63 
 
 
Imagen 4.2. Grafica de la segunda prueba generada por medio de la adquisición de datos. 
 
 
Imagen 4.3. Reporte generado de la segunda prueba. 
 
La tercer y última prueba se realizó nuevamente en una varilla del número 6, los resultados se 
muestran en la Imagen 4.4, que es la gráfica realizada en la interfaz de la prueba y en la imagen 4.5 
se muestra el reporte en excel, además, se realizaron los cálculos de esfuerzo y deformación con 
su respectiva grafica para identificar algunos puntos importantes. 
64 
 
 
Imagen 4.4. Resultados adquiridos de la tercer prueba. 
 
 
Imagen 4.5. Reporte de la tercer prueba. 
 
Con los datos adquiridos en las pruebas observamos que el comportamiento presentado en las 
gráficas corresponde con los datos teóricos establecidos, con algunas problemáticas que se fueron 
resolviendo como avanzaron las pruebas. 
En la primer prueba podemos observar un desplazamiento, el cual se presenta antes de que 
aumente el carga, además por la rapidez con la que se aplicó la cargar no se muestra la meseta de 
transición de deformación elástica a deformación plástica. 
65 
 
En