Sistema de Adquisição de Dados de um Motor Turborreator

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
 
 ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA 
 MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
 
UNIDAD “TICOMAN” 
 
 
 
 
“SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS DE USO DIDÁCTICO POR SISTEMAS 
ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR TURBORREACTOR” 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TESIS 
 
PARA OBTENER EL TÍTULO DE 
INGENIERO EN AERONÁUTICA 
P R E S E N T A: 
 
Santamaría Flores Miguel Ángel 
 
 
 
 
 
MÉXICO D.F. AGOSTO DEL 2006. 
 
ÍNDICE 
 
 Pág. 
SIMBOLOGÍA I 
GLOSARIO DE TÉRMINOS IV 
INTRODUCCIÓN VIII 
OBJETIVO X 
JUSTIFICACIÓN XI 
ALCANCE XII 
METODOLOGÍA XIII 
CAPÍTULO I 
SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR 
TURBORREACTOR 
 
1.1 TÉRMICA 1 
1.1.1 MOTORES DE TURBORREACTOR 3 
1.2 SISTEMAS DE INDICACIÓN 4 
1.3 INSTRUMENTACION ELECTRONICA. 5 
1.4 MOTOR TPE 331 10 
1.4.1 SISTEMAS DE INDICACIÓN DE TEMPERATURA DE LOS 
GASES DE ESCAPE (EGT) EN EL MOTOR TPE 331 13 
1.5 TEMPERATURA DE GASES DE SALIDA (EGT) / 
TEMPERATURA DE TURBINAS 14 
1.6 VIBRACIONES MECÁNICAS 17 
1.6.1 CONCEPTO DE VIBRACIÓN 17 
1.6.2 MEDICIÓN DE VIBRACIÓN 18 
1.6.3 MEDIDA E INDICACIÓN DE VIBRACIÓN 18 
CAPITULO II 
PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS 
 
2.1 ESTRUCTURA DEL PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS 20 
2.1.1 EL TRANSDUCTOR 20 
 Pág. 
2.1.2 EL ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL 21 
2.1.3 EL CONVERTIDOR ANALÓGICO Y DIGITAL 21 
2.1.4 LA ETAPA DE SALIDA 22 
2.2 CARACTERISTICAS BASICAS DE UN CONVERTIDOR 
ANALÓGICO / DIGITAL 23 
2.2.1 RANGO DE ENTRADA 23 
2.2.2 NÚMERO DE BITS 23 
2.2.3 RESOLUCIÓN 23 
2.2.4 TIEMPO DE CONVERSIÓN 24 
2.2.5 ERRORES EN LOS CONVERTIDORES ANALÓGICO / 
DIGITAL 25 
2.2.6 ETAPA DE ACONDICIONAMIENTO 26 
2.3 EL MUESTREO DE LA SEÑAL 28 
2.4 EL TEOREMA DE NYQUIST O TEOREMA DE MUESTREO 29 
2.5 EFECTOS DE ALIASING 30 
2.6 OTROS CONCEPTOS NECESARIOS PARA LA ADQUISICIÓN 
DE SEÑALES DENTRO DEL PROCESO 30 
CAPITULO III 
DISEÑO DEL PROGRAMA DEL PROCESO DE ADQUISICIÓN 
DE DATOS
 
 
3.1 DISEÑO DEL PROGRAMA DEL PROCESO DE ADQUISICIÓN 
DE DATOS 32 
3.2 CONCEPTO DE LABVIEW 33 
3.3 INTRODUCCION A LABVIEW 34 
3.3.1 APLICACIONES DE LABVIEW 35 
3.3.2 DISEÑO DE LA INTERFAZ DEL USUARIO APARTIR DE SU 
CODIGO 35 
3.3.3 FLUJO DE DATOS 36 
3.3.4 PANEL FRONTAL DE LABVIEW 37 
3.3.5 DIAGRAMA DE BLOQUES 37 
3.4 DISEÑO DEL PROGRAMA DEL PROCESO DE ADQUISICIÓN 
DE DATOS 39 
3.5 MEDICIÓN DE PARÁMETROS 39 
 
 Pág. 
3.6 ACONDICIONAMIENTO Y PROCESAMIENTOS DE LOS 
DATOS RECIBIDOS 40 
3.6.1 SUBRUTINA MEDIDORA DE FRECUENCIA 42 
3.6.2 SUBRUTINA DE LA FRECUENCIA DE MUESTREO 43 
3.6.3 SUBPROGRAMA INVERSOR DE FLUJO DEL PUERTO 44 
3.6.4 LAS FUNCIONES IN PORT Y OUT PORT 48 
3.7 VISUALIZACIÓN DE LOS DATOS ADQUIRIDOS 49 
CAPITULO IV 
SENSORES DE TEMPERATURA Y VIBRACIONES 
MECÁNICAS
 
 
4.1 TRANSDUCTORES DE TEMPERATURA 53 
4.1.1 CONCEPTOS BASICOS DE LOS TRANDUCTORES DE 
TEMPERATURA 54 
4.1.2 TIPOS DE TRANSDUCTORES DE TEMPERATURA 55 
4.1.3 SENSOR DE TEMPERATURA LM35 57 
4.2 VIBRACIONES MECÁNICAS 59 
4.2.1 TRANSDUCTORES DE MEDICIÓN DE VIBRACIÓN 59 
4.2.2 ACELERÓMETROS 60 
4.2.3 DEFINICIONES DE VELOCIDAD Y ACELERACIÓN 62 
4.2.4 ACELERÓMETRO MMA6231Q 64 
4.2.5 TRANSFORMADA DE FOURIER (FFT) 68 
4.3 MONTAJE DE LOS SENSORES EN EL MOTOR 71 
4.3.1 SENSOR DE TEMPERATURA LM35 MONTADO EN EL 
MOTOR 72 
4.3.2 ACELERÓMETRO MMA6231Q MONTADO EN EL MOTOR 73 
4.3.3 MONTAJE DE SENSORES EN EL MOTOR CON LA 
TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS Y LA COMPUTADORA 
CON EL PROGRAMA FUNCIONANDO. 
73 
CAPITULO V 
PROTOTIPO DEL CIRCUITO 
 
5.1 ACONDICIONAMIENTO DE LAS SEÑALES 75 
5.1.1 ACONDICIONAMIENTO DE TRANSDUCTORES 75 
 Pág. 
5.2 CARACTERISTICAS DE LOS ELEMENTOS QUE 
CONFORMAN EL SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS 76 
5.2.1 CONVERSOR ANÁLOGO/DIGITAL ADC0804 76 
5.3 MULTIPLEXACIÓN 77 
5.3.1 MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN EL TIEMPO (MTC) 78 
5.4 MULTIPLEXOR DC4052BC 79 
5.5 PUERTO PARALELO 81 
5.5.1 DESCRIPCIÓN DEL CONECTOR DB25 DEL PC Y EL 
CONECTOR DB25 DEL CENTRONIC 82 
5.5.2 LOS REGISTROS DEL PUERTO PARALELO 83 
5.5.3 EXPLICACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO MEDIANTE EL 
BIOS Y EL MS-DOS 84 
5.5.4 ENVIO Y LECTURA DE DATOS DEL PUERTO 85 
5.5.5 LECTURA DE DATOS DEL PUERTO 86 
5.5.6 ENMASCARAMIENTO 86 
5.6 ETAPAS DEL DESARROLLO DE LA TARJETA DE 
ADQUISICIÓN DE DATOS 87 
CONCLUSIONES 92 
BIBLIOGRAFÍA 94 
ANEXOS 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
 
 Pág.
CAPÍTULO I 
SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR 
TURBORREACTOR 
 
1.1 Tipos de motores de turbina de gas para aeronaves 2 
1.2 Diagrama esquemático de un motor de turborreactor 3 
1.3 Unidades de presentación de EICAS 6 
1.4 Diagrama de bloques del EICAS 7 
1.5 Sistema EICAS 9 
1.6 Motor TPE 331 10 
1.7 Motor TPE 331, con todos sus elementos 11 
1.8 Parte trasera del Motor TPE 331 12 
1.9 Diagrama esquemático del Sistema de Indicación 12 
1.10 Diagrama de bloques del Sistema de Indicación 13 
1.11 Sistema de Indicación EGT 14 
1.12 Termopares alrededor del Turborreactor 15 
1.13 Indicador de Temperatura del Termocople 16 
1.14 Transmisor montado en el Turborreactor 18 
CAPÍTULO II 
PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS 
 
2.1 Esquema de bloques de un Sistema de Adquisición de Datos 20 
2.2 Diagrama de un convertidor Analógico / Digital 21 
2.3 Perdida por cuantificación 22 
2.4 Ejemplo de resolución de 16 Bits y 3 Bits 24 
2.5 Error Offset 25 
2.6 Mejora de la precisión al aumentar las muestras 29 
2.7 Reconstrucción de orden 0 y 1 29 
2.8 Efecto Aliasing 30 
 Pág.
CAPÍTULO III 
DISEÑO DEL PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS 
 
3.1 Paletas de Controles y Funciones de LabVIEW 34 
3.2 Panel Frontal y Diagrama de bloques de un programa en LabVIEW 35 
3.3 Flujo de datos en LabVIEW 36 
3.4 Panel Frontal en LabVIEW 37 
3.5 Ejemplo de Diagrama de bloques en LabVIEW 38 
3.6 Estructura For Loop para medir la Temperatura 39 
3.7 Diagrama de bloques del parámetro de Vibraciones Mecánicas 40 
3.8 Función Build Waveform 40 
3.9 Arreglo de los valores tomados del puerto paralelo 41 
3.10 Diagrama de bloques del subprograma de adquisición de un canal 41 
3.11 Panel frontal del subprograma de adquisición de un canal 42 
3.12 Iconos de los subprogramas de adquisición de canales 42 
3.13 Icono del programa que mide la frecuencia 43 
3.14 Diagrama de Bloques de la Subrutina medidora de frecuencia 43 
3.15 Condicional para variar la frecuencia de muestreo 44 
3.16 Primer paso de la estructura 44 
3.17 Segundo paso de la estructura 45 
3.18 Tercer paso de la estructura 45 
3.19 Ultima parte de la estructura 46 
3.20 Panel Frontal e Icono del subprograma lector del puerto 47 
3.21 Activación de los canales del multiplexor 48 
3.22 Iconos de los subprogramas de lectura de los canales 48 
3.23 Iconos de los VI`s Inport y Outport 49 
3.24 Visualización de los datos a través de la gráfica 49 
3.25 Programa básico de adquisición de datos 51 
3.26 Panel Frontal del programa básico de adquisición de datos 52 
 
 
 
 Pág.
CAPÍTULO IV 
SENSORES DE TEMPERATURA Y VIBRACIONES 
MECÁNICAS
 
 
4.1 La conexión del cable de un termopar al sistema de medición crea 
una junta termoeléctrica adicional, llamada junta fría 56 
4.2a y 4.2b Errores causados por la resistencia, se pueden minimizar 
usando un RTD de cuatro hilos 57 
4.3 Sensor de Temperatura LM35 58 
4.4 Sensor de Temperatura LM35 58 
4.5 Sensor de temperatura LM35 59 
4.6 Apariencia Física de un Acelerómetro 61 
4.7 Visualización de ondas senoidales con respecto al tiempo y la 
frecuencia 63 
4.8 Visualización de ondas senoidales con respecto al tiempo y la 
frecuencia. En el cual se puede observar desplazamiento velocidad y 
aceleración 
63 
4.9 Magnitudes que se pueden medir con un Acelerómetro 64 
4.10 Distribución de pines del Acelerómetro 65 
4.11 Dimensiones físicas del Acelerómetro 66 
4.12 Dimensiones físicas del Acelerómetro 67 
4.13 Vista superior del Acelerómetro 67 
4.14 Acelerómetro físicamente montado en el circuito impreso para 
conectarlo a los conectores RJ-11 68 
4.15 Vibración a) determinística b) probabilística 68 
4.16 Señal completa y su armónico 69 
4.17 Dominio de frecuencia 70 
4.18 x1(t) = (sin 2π100t) y su Transformada de Fourier70 
4.19 x2(t) = (sin 2π100t) + (sin 2π300t) y su Transformada de Fourier 71 
4.20 Sensores montados en el motor 71 
4.21 Sensores montados en el motor 72 
4.22 Sensor LM35 montado en el motor 72 
4.23 Sensor de vibraciones MMA6231Q montado en el motor 73 
4.24 Montaje de todos los elementos 74 
4.25 Montaje de todos los elementos 74 
 
 Pág.
CAPÍTULO V 
PROTOTIPO DEL CIRCUITO 
 
5.1 El acondicionamiento de señales es un componente importante en un 
sistema de adquisición de datos 75 
5.2 Dimensiones físicas del ADC0804 77 
5.3 Conjunto multiplexor—desmultiplexor por división de tiempo 78 
5.4 Dimensiones físicas del DC4052BC 80 
5.5 Vista superior 80 
5.6 Diagrama lógico del CD4052BC 81 
5.7 Conector DB25 82 
5.8 Pines del conector DB25 85 
5.9 Etapa No. 1 del diseño de la tarjeta en protoboard 87 
5.10 Etapa No.2 del diseño de la tarjeta en protoboard 88 
5.11 Etapa No.3 del diseño de la tarjeta 89 
5.12 Etapa No.3 del diseño de la tarjeta 89 
5.13 Diseño del PCB en Traxmaker 90 
5.14 Etapa No.4 del diseño de la tarjeta 91 
5.15 Etapa No.4 del diseño de la tarjeta 91 
 
SIMBOLOGÍA 
 
µprop Eficiencia del propulsor 
ω Frecuencia circular 
ºC Grados centígrados 
ACK# Pin 10 del Puerto Paralelo de la PC 
Add Input Agregar Entrada 
Add Output Agregar Salida 
AUTOFD# Pin 14 del Puerto Paralelo de la PC 
BUSY Pin 11 del Puerto Paralelo de la PC 
CLK IN Pin 4 del convertidor ADC804 
CLK R Pin 19 del convertidor ADC804 
CS Pin 1 del convertidor ADC804 
DB0 Pin 2 del Puerto Paralelo de la PC 
DB1 Pin 3 del Puerto Paralelo de la PC 
DB2 Pin 4 del Puerto Paralelo de la PC 
DB3 Pin 5 del Puerto Paralelo de la PC 
DB4 Pin 6 del Puerto Paralelo de la PC 
DB5 Pin 7 del Puerto Paralelo de la PC 
DB6 Pin 8 del Puerto Paralelo de la PC 
DB7 Pin 9 del Puerto Paralelo de la PC 
DMMs Dispositivos como multímetros digitales 
ERROR# Pin 15 del Puerto Paralelo de la PC 
Fmax Frecuencia máxima de muestreo 
g Fuerza gravitacional de la tierra aplicada sobre un objeto o persona 
GND Tierra 
Hz Herdz (unidad de frecuencia) 
INIT# Pin 16 del Puerto Paralelo de la PC 
INTR Pin 5 del convertidor ADC804 
InPort Entrada del puerto 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL I
IRQEN Bit 4 del Puerto de Control 
mA Micro Amperes 
mm Milímetros 
m / s Metro sobre segundo 
mv/g Milivoltios por unidad g 
mV Micro volts 
n Número de bits del convertidor. 
N1 Velocidad de giro en el compresor 
N2 Velocidad de giro en la turbina 
N/C Mantener desconectado 
OutPort Salida del puerto 
pC/g Pico coulombs por g 
PE Pin 12 del Puerto Paralelo de la PC 
Port I/O Entrada y salida del puerto 
RD Pin 2 del convertidor ADC804 
ST Salida lógica para hincar la auto prueba 
Sen Seno 
SELECT# Pin 17 del Puerto Paralelo de la PC 
SLCT IN Pin 13 del Puerto Paralelo de la PC 
STROBE# Pin 1 del Puerto Paralelo de la PC 
T Periodo 
Ta Tiempo de apertura del circuito de muestreo 
Tref Temperatura de Referencia 
Tx Temperatura constante del termopar 
WR Pin 3 del convertidor ADC804 
V Velocidad 
VC Voltaje de alimentación de corriente directa 
VDD Fuente de alimentación, positivo 
Ve Aire que entra en la hélice 
VFE Tensión de fondo de escala 
Vi Voltaje de entrada que se necesita para cambiar un bit 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL II
Vin+ Pin 6 del convertidor ADC804 
Vin- Pin 7 del convertidor ADC804 
Vref/2 Pin 9 del convertidor ADC804 
VSS Fuente de alimentación, Negativo (tierra) 
Y out Salida de voltaje del acelerómetro. En dirección Y 
X out Salida de voltaje del acelerómetro. En dirección X 
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL III
 
GLOSARIO DE TÉRMINOS 
 
ADC: Del inglés “Air Data Computer” o computadora de los datos de vuelo; el cual se 
utilizan en el EICAS en los sistemas de indicación de las aeronaves. 
ADC: Del inglés “Analog to Digital Converter”, o convertidor Analógico Digital, el cual se 
usa en los sistemas electrónicos para la conversión de datos analógicos en digitales o mas 
bien de voltajes a códigos binarios. 
ATA: Del inglés “Air Transport Asociation” o Asociación de Transporte Aéreo. 
Bit: Es el acrónimo de Binary digit. (Dígito Binario). Un bit es un dígito del sistema de 
numeración binario. El equivalente español para este anglicismo es bitio. Mientras que en 
nuestro sistema de numeración decimal se usan diez dígitos, en el binario se usan solo dos 
dígitos, el 0 y el 1. Un bit o dígito binario puede representar uno de esos dos valores, 0 ó 1. 
Buffer: En electrónica es un dispositivo que evita el efecto de carga en un circuito. En su 
forma más sencilla es un amplificador operacional funcionando como seguidor. Por 
consiguiente el voltaje y la corriente no disminuye en el circuito, ya que éste toma el voltaje 
de la fuente de alimentación del operacional y no de la señal que se esta introduciendo, por 
lo que si una señal llegará con poca corriente, el circuito seguidor compensaría esa pérdida 
con la fuente de alimentación del amplificador operacional, ya sea éste unipolar o bipolar. 
Bus: En arquitectura de ordenadores, un bus es un subsistema que transfiere datos o 
electricidad entre componentes del ordenador dentro de un ordenador o entre ordenadores. 
A diferencia de una conexión punto-a-punto, un bus puede conectar mediante lógica varios 
periféricos utilizando el mismo conjunto de cables. 
Centronics: Nombre que recibía antiguamente el tipo de conexión para la impresora, cuyo 
conector constaba de 36 entradas en el caso de un conector tipo hembra o de 36 pines en el 
caso de un conector tipo macho: actualmente ya no se usa ese tipo de conectores en las 
impresoras modernas. 
CPU: Del inglés “Central Processing Unit” o Unidad Central de Proceso (UCP) a la unidad 
donde se ejecutan las instrucciones de los programas y se controla el funcionamiento de los 
distintos componentes del ordenador. Suele estar integrada en un chip denominado 
microprocesador. 
CRT: Del inglés “Cathode Ray Tubes” o tubos de rayos catódicos, el cual se utilizan en el 
EICAS en los sistemas de indicación de las aeronaves. 
DAQ: Del inglés “Data Acquisition System” o Sistema de Adquisición de Datos. 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL IV
ECP: Del inglés “Extended Capability Port” o Puerto de Capacidades Extendidas, usado 
principalmente por impresoras recientes y scanners. 
EEC: Del inglés “Electronic Engine Control” o Control Electrónico de la Turbina, que es 
un instrumento electrónico que forma parte de los sistemas de control y visualización de 
parámetros de la turbina en algunas aeronaves como el A320. 
EGT: Del inglés “Exhaust Gas Temperature” o Temperatura de los Gases de Escape, que 
es un parámetro mensurable de las turbinas de algunas aeronaves. 
EICAS: Del inglés “Engine Indicating and Crew Alerting System” que significa Sistema 
de indicación de alerta del motor. El cual es un sistema electrónico que monitorea los 
parámetros de los motores y lo presenta en un display en un panel de instrumentos cuando 
la información de los parámetros ha sido sensada. 
EPR: Del inglés “Engine Pressure Ratio” o Relación de Presiones del Motor. 
EPC: Del inglés “Enhanced Parallel Port” o Puerto Paralelo Extendido, usado 
principalmente para periféricos que no son impresoras, como CD-ROM, Adaptadores de 
Red, etc. 
Etherner: Nombre que se le da al tipo de conexión para el Internet de banda ancha. 
FCC: Del inglés “Flight Control Computer” o computadora de los comandos de vuelo; el 
cual se utilizan en el EICAS en los sistemas de indicación de las aeronaves. 
FFT: Del inglés “Fast Fourier Transform” FFT es la abreviatura de un eficiente algoritmo 
que permite calcular la transformada de Fourier discreta (DFT) y su inversa. La FFT es de 
gran importancia en una amplia variedad de aplicaciones, desde el tratamiento digital de 
señales y filtrado digital en general a la resolución de ecuaciones diferenciales parciales o 
los algoritmos de multiplicación rápida de grandes enteros. 
FMC: Del inglés “Flight Managnement Computer” o piloto automático; el cual seutilizan 
en el EICAS en los sistemas de indicación de las aeronaves. 
ISA: Del inglés “Industry Standard Architecture” que es la Arquitectura Estándar 
Industrial, es una arquitectura de bus creada por IBM en 1980 en Boca Raton, Florida para 
ser empleado en los IBM PCs. 
LabVIEW: Del inglés “Laboratory Virtual Engineering workbench”, que es un programa 
especializado para la adquisición de datos, su leguaje de programación es de tipo gráfico. 
LED: Del ingles “Light Emisor Diode” o Diodo Emisor de Luz, que es un componente 
electrónico que puede tener diversas aplicaciones electrónicos. 
LPT: Nombre que recibe un tipo de formato del Puerto Paralelo de las computadoras. 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL V
LSB: Del inglés “Less Significant Bit” o Bit Menos Significativo, es la posición de bit en 
un número binario que tiene el menor valor (el situado más a la derecha). En ocasiones, se 
hace referencia al LSB como el bit del extremo derecha. 
MCDP: Del inglés “Maintenance Control Display Panel” que significa en español, control 
para mantenimiento, el cual se utilizan en el EICAS en los sistemas de indicación de las 
aeronaves. 
MSB: Del inglés “Most Significant Bit” o bit más significativo, es la posición de bit en un 
número binario que tiene el mayor valor. En ocasiones, se hace referencia al MSB como el 
bit del extremo izquierda. 
Operación booleana: Son las operaciones aritméticas básicas (suma, resta, multiplicación, 
división) utilizadas en la electrónica y que son hechas en código binario. 
PC: Del inglés “Personal Computer” que significa computadora personal. 
PCB: Del inglés “Printed Circuit board” En electrónica, un circuito impreso o PCB, es un 
medio para sostener mecánicamente y conectar eléctricamente componentes electrónicos, a 
través de rutas o pistas de material conductor, grabados desde hojas de cobre laminadas 
sobre un sustrato no conductor. 
PCI: Del inglés “Peripheral Component Interconnect” o Interconexión de Componentes 
Periféricos". Se trata de un bus de ordenador estándar para conectar dispositivos periféricos 
directamente a su placa base. Estos dispositivos pueden ser circuitos integrados ajustados 
en ésta o tarjetas de expansión que se ajustan en conectores. Es común en PCs, donde ha 
desplazado al ISA como bus estándar, pero también se emplea en otro tipo de ordenadores. 
Protoboard: Nombre que recibe una tarjeta de pruebas electrónicas de tipo comercial en 
donde se pueden armas diversos circuitos con diversos componentes y/o elementos. 
RAM: Del inglés “Random Access Memory” o memoria de acceso aleatorio que es 
requisito para que LabVIEW, funcione correctamente. 
RTD: Del inglés “Resistive Temperature Detector” son los detectores de temperatura de 
resistencia, son sensores de temperatura. 
SOC: Del inglés “Stat of convertion”. 
SSP: Del inglés “Stándar Port Parallel” que significa Puerto Paralelo Estándar y no es mas 
que un tipo de configuración del puerto paralelo de la computadora. 
TDH: Del inglés “Total Distorsion Harmonic” que significa Armónica de Distorsión total, 
la cual se emplea para la mediación de las vibraciones mecánicas, con ayuda de la 
transformada de Fourier. 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL VI
TET: Del inglés “Temperatura Entry Turbina” o temperatura de entrada de la turbina, la 
cual esta instalada en el motor TPE-331. 
TIT: Del inglés “Turbine Inlet Temperature”, o”Tail Pipe Temperture” o temperatura de la 
turbina de admisión, el cual se puede observar en los motores de aviación. 
TMD: Del inglés “Time Divition Multiplexing” o Multiplexación por tiempo; el cual se 
utilizan para la adquisición de datos de 4 canales o más. 
TMS: Del inglés “Thrust Managenement System” o sistema de gestión de empuje; el cual 
se utilizan en el EICAS en los sistemas de indicación de las aeronaves. 
VI: Del inglés “Virtual Instruments” los cuales forman parte de LabVIEW y son necesarios 
para la programación en el software. 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL VII
 
INTRODUCCIÓN 
 
En los motores de aviación particularmente los que utilizan turbinas de gas, es de 
vital importancia su buen funcionamiento. Esto hace necesario crear los sistemas de control 
electrónicos en la aeronave; razón por lo cual es importante considerar la reglamentación 
aeronáutica, específicamente el código ATA-77 que refiere a dicho sistema de indicación 
del motor para su control. 
Un sistema de Adquisición de Datos es fundamental en los sistemas de control 
electrónico, ya que nos permite visualizar y almacenar datos para su posterior estudio de en 
lo que respecta a fallas y al mantenimiento preventivo y correctivo, lográndose a su vez 
mayor confiabilidad y optimización, así como una disminución en los costos del 
mantenimiento en los motores a reacción y similares. 
Cabe mencionar que la Adquisición de Datos es de gran importancia en el campo de 
la aeronáutica ya que es capaz de medir con mayor exactitud señales físicas mediante 
transductores o sensores los cuales transforman señales físicas en señales eléctricas 
aceptables para el sistema de Adquisición de Datos que posteriormente deben ser 
procesados mediante un Convertidor Analógico /Digital, el cual permite transformar una 
señal analógica a su forma digital equivalente. La salida de este convertidor se puede 
desplegar visualmente a través de un software a una computadora personal (PC) o un 
dispositivo visual como pueden ser los osciloscopios; en este proyecto se desarrolló el 
proceso con un software llamado LabVIEW, que fue un gran apoyo para la realización del 
Sistema de Adquisición de Datos. 
En la presente tesis es importante precisar que en las academias de Térmica y 
Eléctrica/Electrónica de la carrera de INGENIERÍA EN AERONÁUTICA surgió la 
necesidad de aplicar el sistema de Adquisición de Datos de forma didáctica, mismo que 
permite visualizar dos parámetros: Temperatura y Vibraciones Mecánicas con las 
facilidades que nos permite LabVIEW. Dicho sistema será colocado en un motor de turbinas 
de gas seccionado para el alumnado de la ESIME TICOMAN. 
Por ultimo es importante mencionar que con el presente trabajo se participó durante 
los meses de abril y junio, respectivamente, en el Foro Empresarial y Pasarela 
Tecnológica del Área Metal—Mecánica, así como que fue aceptado como ponencia en el 
1er Congreso Internacional de Innovación Educativa 2006, espacios en donde se expuso 
un cartel que —a grandes rasgos— daba cuenta del Sistema de Adquisición de Datos que se 
desarrolló en el presente trabajo. 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL VIII
En el presente trabajo se menciona a continuación como esta estructurado: 
 Capítulo I “Sistemas Electrónicos de un motor turborreactor” en este capitulo se 
hace una introducción a los Motores a reacción, sistemas de Indicación, motor 
TPE—331, la importancia de los sistemas de Indicación de Temperaturas y 
Vibraciones Mecánicas. 
 Capítulo II “Proceso de Adquisición de Datos”: en este capítulo se explica como 
esta estructurado un Sistema de Adquisición de Datos, sus componentes y causas de 
errores en dicho sistema. 
 Capítulo III “Diseño del Programa del proceso de Adquisición de Datos”: En este 
capítulo se muestra como se elaboro el programa mediante el software LabVIEW el 
cual es necesario para que funcione la tarjeta de Adquisición de Datos. 
 Capítulo IV “Sensores de Temperatura y Vibraciones Mecánicas”: En este capítulo 
se menciona los sensores que se usaron para la medición de los parámetros 
Temperatura y Vibraciones Mecánicas. 
 Capítulo V “Prototipo del circuito”: En este capítulo se menciona como fue el 
diseño y elaboración de la tarjeta de Adquisición de Datos así como sus 
componentes que la conforman. 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL IX
 
OBJETIVO 
 
Diseñar un Sistema de Adquisición de Datos capaz de medir, mediante sistemas 
electrónicos, señales físicas del entorno como son temperatura y vibraciones, para 
convertirlas en datos que posteriormente se procesan y visualizan. 
 
Dicho sistema tendrála función de apoyo a las academias de Térmica y 
Eléctrica/Electrónica para que el alumnado pueda comprender la importancia de los 
sistemas de indicación en los motores a reacción. 
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL X
 
JUSTIFICACIÓN 
 
El sistema de Adquisición de Datos es de uso didáctico para las academias de 
Térmica y Eléctrica/Electrónica, ya que es de gran importancia en los motores a reacción y 
es importante aclarar que en el presente trabajo los rangos de temperatura eran de 0 a 100º 
C y se uso un sensor adecuado a dicho rango y la vibración era mínima usamos un 
acelerómetro de 10 g’s. 
 
El sistema de adquisición de datos es de gran importancia en la operación de los 
motores a reacción, ya que también logra una gran confiabilidad en las aeronaves y es 
importante en el mantenimiento de los motores, en el cual el sistema permite que los gastos 
de mantenimiento sean minimizados. 
 
Esto también es con el propósito de desarrollar un sistema básico que mida al menos 
dos parámetros para, además, comprender el funcionamiento de los sistemas EICAS 
(Engine Indicating and Crew Alerting System), equipo que a su vez podría ser útil para las 
academias de Térmica y Eléctrica/Electrónica de la ESIME Ticomán, ya que apoyaría a los 
alumnos en la realización de prácticas con sistemas prototipo y aprender cómo operan y 
trabajan los sistemas comerciales utilizados en las aeronaves. 
 
Los datos serán presentados a través de la computadora mediante un programa en 
LABVIEW, diseñado en lenguaje de programación gráfico, procesando y guardando los 
datos del sistema que se requiera. 
 
Es importante mencionar que el sistema de adquisición también puede formar parte 
de un sistema de control; por ello, la información recibida se procesa para obtener una serie 
de señales propias de control. 
 
De acuerdo con la Ingeniería en Aeronáutica, es necesario aprender acerca del 
sistema de adquisición porque puede ayudar a minimizar gastos de mantenimiento y de 
operación, lo que redunda en seguridad, un factor primordial en la aeronavegabilidad, y 
por lo tanto, en la aviación. 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL XI
ALCANCE 
 
Diseñar y construir un sistema de adquisición de datos, que mida básicamente dos 
parámetros: temperatura y vibraciones mecánicas de un motor a reacción seccionado. 
 
El sistema de Adquisición de Datos será de uso didáctico estará conectado a una 
computadora con el propósito de mostrar los datos de temperatura y vibraciones mecánicas, 
mediante un software diseñado y programado en LABVIEW. 
 
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL XII
 
METODOLOGÍA 
 
 
En el presente trabajo aborda temas relacionados con los Sistemas de Adquisición de 
Datos, los cuales son necesarios para los sistemas de indicación de las aeronaves, dicho 
sistema se presenta de una forma resumida y simple. Lo recomendable para el lector es que 
tenga conocimientos básicos sobre electrónica para su mejor comprensión del presente 
trabajo. 
 
A través del presente trabajo se incluyen conceptos e ideas fundamentales para la 
creación del sistema de adquisición de datos propuesto, además de describir de manera 
breve los elementos que competen a la creación de una tarjeta de Adquisición de Datos que 
forma parte importante del trabajo. 
 
Dichos sistemas de gran importancia ya que con ayuda de ellos se puede montear las 
condiciones del motor, como son temperatura y vibraciones mecánicas, lo cual es de gran 
ayuda para minimizar los costos de mantenimiento y la aeronavegabilidad de las aeronaves. 
 
En este documento se muestran las etapas que se requieren para un diseño de una 
tarjeta de Adquisición de Datos, desde la realización de pruebas en el laboratorio de 
Eléctrica/Electrónica así como su construcción y su utilización colocándola en el motor 
TPE 331, el cual fue facilitado por la academia de Térmica. 
 
Por medio de ilustraciones se puede observar las etapas de diseño y construcción del 
Sistema de Adquisición de Datos así como sus elementos que forman parte de dicho 
sistema como son la tarjeta y los sensores o transductores, así como su montaje en el motor 
TPE—331. 
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL XIII
 
 
 
 
CAPÍTULO I 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO I SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR TURBORREACTOR 
1.1 Térmica 
Introducción 
Los motores de combustión interna rotativos se rigen por el ciclo termodinámico 
abierto Joule—Brayton son comúnmente llamados turbinas de gas, de estos existen cuatro 
tipos aplicados como planta motriz en el sistema propulsivo de las aeronaves las cuales son: 
• El turborreactor; se conforma de un difusor, más una cámara de combustión 
turbina, más una tobera. 
• El turboabánico; se conforma de un difusor, más fan, más una cámara de 
combustión turbina y una tobera(s). 
• El turbohélice; se conforma de un difusor, más una cámara de combustión turbina, 
una turbina de potencia (fija o libre) y una tobera. 
• El turboeje; se conforma de un ducto, más una cámara de combustión turbina, una 
turbina de potencia (fija o libre) y una tobera. 
Los elementos de los motores rotativos primeramente se tienen que clasificar por 
ejemplo el motor turborreactor. 
El primer criterio es en fijos y móviles. 
1. Elementos fijos (Difusor, cámara de combustión, tobera, también se incluyen la 
estructura, cubiertas, etc.). 
2. Elementos móviles (Compresores, y turbinas también llamados turbo maquinaria en 
ocasiones también se incluyen los ejes, bombas, accesorios, cajas de engranes, 
baleros, etc.) 
Otra forma de clasificar los elementos es conformando módulos y secciones nuevamente 
para el turborreactor. 
Secciones.- De acuerdo a las condiciones térmicas. 
 Fría.- Difusor y compresor. 
 Caliente.- Cámara de combustión, turbina y tobera. 
Módulos.- De acuerdo a las funciones a acciones que realizan. 
 Admisión Difusor. 
 Compresión Compresor. 
 Combustión Cámara de combustión. 
 Expansión Turbina. 
 Escape y generación de empuje Tobera. 
 Equipo auxiliar Sistemas y accesorios. 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 1
CAPÍTULO I SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR TURBORREACTOR 
Para los demás motores de turbina de gas es analógica la clasificación. 
De tal forma que solo tres de los cuatro moto propulsores emplean un difusor o toma 
de aire: turbohélice, turborreactor y turbo ventilador. En la figura 1.1 aparecen diagramas 
esquemáticos de estos tres motores de turbina. 
En principio, un motor de turbohélice es una versión aérea del motor industrial de 
turbina a gas. Su propósito es producir potencia para impulsar una hélice. Como el motor 
de turbina de gas gira a una velocidad más alta que la que requiere la hélice, un arreglo de 
una sola flecha requiere una caja de engranes de reducción entre la flecha de la salida y la 
hélice. Alternativamente, un motor turbo hélice puede funcionar como arreglo de doble 
hélice si la turbina de potencia impulsa la hélice a una velocidad más baja que el generador 
de gas. 
Un motor turborreactor consiste en un generador de gas y una tobera. El generador de 
gas produce gas caliente que se expande a través de una tobera para producir una alta 
velocidad del chorro. Un motor de turboventilador representa un compromiso en cuanto a 
tamaño entre los motores de turbohélice y los de turborreactor. El gas fluye del generador a 
una turbina de baja presión que impulsa un ventilador en el frente del motor. El aire del 
ventilador se divide: parte de él se va a través del generador de gas. Como este último flujo 
de aire no se calienta mediante el proceso de combustión, se le llama chorro frío. La 
relación de aire en el chorro frío en comparación con el que fluye a través del generador de 
gas se define como relación de desviación (bypass). 
 
Figura 1.1 Tipos de motores de turbina de gas para aeronaves 
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 2
CAPÍTULO I SISTEMAS ELECTRÓNICOSDE UN MOTOR TURBORREACTOR 
Para ver dónde encajan los tres tipos de motor en el campo de la propulsión de 
aeronaves, es necesario definir los parámetros de rendimiento básicos para los dispositivos 
de propulsión. 
1.1.1 Motores de turborreactor 
Aunque los motores de turborreactor todavía se usan para las aeronaves subsónicas 
(es decir, por debajo de la velocidad del sonido), en general están siendo desplazados por 
motores de turboventilador debido a la eficiencia de propulsión mejorada de estos últimos. 
No obstante, se propone considerar el análisis de los motores de turborreactor en lugar de 
los motores de los turboventilador, por la sencilla razón de que el ciclo del turborreactor es 
mucho más sencillo de comprender y de analizar que el ciclo de turboventilador. 
Como tal, el turborreactor constituye una base útil para el análisis de todos los 
motores de turbina a gas para aeronaves. Además, el motor de turborreactor fue el primero 
de los motores de turbina de gas para aeronaves que se desarrolló y que tuvo un papel 
importante en la aplicación de motores de reacción a la propulsión de aeronaves. 
El diagrama esquemático del motor de turborreactor (Fig. 1.2) es algo sencillo. No 
toma en cuenta el hecho de que el aire podría estar entrando al motor con un amplio 
intervalo de velocidades. 
 
Figura 1.2 Diagrama esquemático de un motor de turborreactor 
Cuando la aeronave se encuentra estática en tierra, la velocidad de avance efectiva es 
cero y entonces se puede suponer que la velocidad de entrada al compresor es cero. Esta 
claro que esto no es práctico, porque una velocidad de cero implica que no hay flujo 
másico, sin embargo, el análisis de un motor turborreactor en condiciones estáticas se basa 
en la suposición de que la velocidad a través del generador de gas es muy baja, es decir, se 
puede aproximar a cero. 
En el otro extremo de la escala de velocidad, un motor del Concorde que funciona a 
dos veces la velocidad del sonido tendrá una velocidad de avance de más o menos 600 m/s. 
Es imposible diseñar componentes de motor que funcionen de manera eficiente si se quiere 
que correspondan a tan amplio intervalo de velocidades. Se requiere algún dispositivo para 
controlar la velocidad del aire que entra al compresor. Este dispositivo es un difusor. En la 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 3
CAPÍTULO I SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR TURBORREACTOR 
práctica, la toma de aire para el motor actúa como difusor y reduce la velocidad del aire que 
entra al compresor a límites aceptables. 
En la Figura 1.2 se muestra un diagrama esquemático de las estaciones de un motor 
de turborreactor. Las estaciones 1-4 representan el generador de gas. Adelante de éste se 
encuentra el difusor, 0-1, para controlar la velocidad del aire que entra al compresor. Por 
último, el aire que fluye a través de la tobera, 4-5, para lograr la velocidad de escape que se 
requiere. 
1.2 Sistemas de indicación 
El motor de turbina de gas, aunque es de funcionamiento sencillo, constituye un 
sistema complejo que requiere un adecuado control para garantizar la seguridad del vuelo. 
Para ello, tanto el piloto como el personal de mantenimiento disponen de los instrumentos y 
controles correspondientes. Durante los años del diseño de cabinas de tres tripulantes (que 
terminó en los ochenta), era tarea del mecánico de vuelo controlar una serie de 
instrumentos indicadores de ciertos parámetros de funcionamiento de los sistemas del 
motor. Esta tarea ahora está automatizada o integrada en el concepto de cabina de dos 
tripulantes gracias a los avances tecnológicos en los campos de la electrónica y la 
informática. 
Aunque las instalaciones del motor pueden diferir, dependiendo del tipo de avión y de 
motor, el control del motor de turbina de gas normalmente se obtendrá por el uso de la 
instrumentación que trataremos a continuación. 
Los instrumentos de a bordo o de las instalaciones de los bancos de prueba en tierra, 
con los cuales ha de estar totalmente familiarizado el técnico de mantenimiento de avión, 
piloto, mecánico de vuelo, y, en general todos aquellos técnicos relacionados con la 
operación del motor en vuelo o en tierra, pueden considerarse englobados en dos grupos, 
estando incluidos en cada uno de ellos los instrumentos que a continuación se enumeran. 
Instrumentos principales, para control del empuje proporcionado por el motor, sus 
indicadores por lo general son los siguientes: 
 Relación de presión del motor (EPR). 
 Temperatura de los gases de escape (EGT). 
 Consumo horario de combustible (FF). 
 RPM (indicador simple o doble, según que exista un solo compresor o doble 
compresor) (N1, N2). 
Instrumentos auxiliares para control funcional, que pueden englobarse en los 
subgrupos siguientes: 
 De control de alimentación de combustible al motor. 
 Presión de alimentación de combustible. 
 Temperatura del combustible. 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 4
CAPÍTULO I SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR TURBORREACTOR 
Contador de combustible utilizado, acumulación de la medida por el contador horario, 
incluido en el grupo de instrumentos principales. 
De control del aceite de lubricación del motor. 
 Presión de aceite. 
 Temperatura de aceite. 
 Presión de respiración del sistema de lubricación. 
 Indicador de cantidad de aceite en el depósito. 
 De medición de vibración del motor. 
1.3 Instrumentación Electrónica 
Uno de los axiomas fundamentales de la instrumentación del avión es “Si un 
parámetro puede medirse, puede controlarse, y si puede controlarse, puede controlarse 
automáticamente.” Pero el control automático era difícil antes de la llegada de la 
electrónica digital y del microprocesador. 
Los microprocesadores han revolucionado la instrumentación del grupo moto 
propulsor, y transductores semiconductores diminutos y dispositivos opto electrónicos han 
sustituido a los sensores mecánicos para la medición de presiones, temperaturas, y 
movimientos mecánicos. Más bien que enviar datos desde estos transductores a los 
indicadores tipo analógico para que la tripulación los interprete, los datos se dirigen a un 
computador donde se analizan y corrigen según sea necesario y luego se presentan en 
una pantalla de vídeo. 
En el presente trabajo la visualización es por medio de un software de National 
Instruments llamado LabVIEW el fue de gran ayuda en el desarrollo del proyecto en la 
etapa de acondicionamiento de la señal y de la adquisición de datos de los sensores de 
temperatura y vibraciones. 
Es de gran importancia mencionar que el Sistema de Adquisición de Datos, forma 
parte de un sistema de control, por lo cual se requiere como tal en las aeronaves, para el 
monitoreo de las condiciones en las que se comporta el motor. 
Un ejemplo de un sistema de instrumentación electrónico para el motor mas 
elaborado es el EICAS (Engine Indication and Crew Alerting System). El EICAS no 
presenta todos los parámetros del motor cuando estos están operando dentro de su gama 
normal de funcionamiento, sino que cuando cualquier condición excede su límite 
permisible, la tripulación es alertada de un problema inminente. 
El EICAS sustituye múltiples instrumentos individuales y proporciona a la tripulación 
la información necesaria. Además está conectado con sistemas tales como el panel de 
presentación de control para mantenimiento (MCDP, maintenance control display panel), 
el computador de mandos de vuelo (FCC, flight control computer), el sistema de gestión 
del empuje (TMS, thrust management system), el control electrónico del motor (EEC, 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 5
CAPÍTULO I SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR TURBORREACTOR 
electronic engine control), el piloto automático (FMC, flight management computer), el 
radio altímetro, y el computador de datos de aire (ADC, air data computer). 
El EICAS (Figura 1.3) consiste en dos unidades de presentación detubos de rayos 
catódicos, (CRT, cathode ray tubes) (multicolor, dos computadores, dos paneles de control, 
un panel selector de presentación del piloto, y un panel de mantenimiento. También existen 
dos módulos de conmutación de la presentación, los interruptores de cancelación /rellamada 
(cancel/recall), y las luces de precaución (caution) del comandante y segundo piloto. 
 
Figura 1.3 Unidades de presentación de EICAS 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 6
CAPÍTULO I SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR TURBORREACTOR 
 
Figura 1.4 Diagrama de bloques del EICAS 
Las dos unidades de presentación del EICAS están montadas una sobre otra (Figura 
1.3). Los parámetros primarios del motor, tal como el EPR, EGT, y la velocidad del N1, se 
presentan continuamente en el lado derecho de la unidad superior. Estos parámetros se 
muestran en forma de presentación analógica junto con el valor real en dígitos. El lado 
izquierdo de la pantalla superior muestra los avisos y precauciones (warnings and cautions) 
de alerta a la tripulación. La pantalla inferior muestra los parámetros secundarios tal como 
el N2, el flujo de combustible, la cantidad de aceite, la presión de aceite, la temperatura de 
aceite, y la vibración del motor. El estado de los sistemas del avión (status) también puede 
presentarse como datos de mantenimiento. Las luces de “master caution” sí como las 
señales acústicas apoyan las presentaciones en el EICAS. 
Los mensajes de alerta aparecen en el lado izquierdo de la pantalla superior en uno de 
tres colores: blanco, amarillo o rojo. Si es blanco, es un mensaje de advertencia (advisory), 
y se tomará acción cuando se disponga de tiempo. Si es amarillo, es un mensaje de 
precaución (caution), que requiere un conocimiento inmediato de la tripulación y una 
acción compensatoria futura. Si es rojo, es un mensaje de aviso (warning), que requiere una 
acción correctiva o compensatoria inmediata por parte de la tripulación. Cuando quiera que 
aparezca un mensaje de aviso en el EICAS, también se iniciaran una señal acústica y otra 
visual. Los interruptores “cancel/recall” se usan para revisar y controlar los mensajes de 
precaución y advertencia. 
El EICAS no solo es útil para la tripulación de vuelo, sino que es una herramienta 
esencial para el mantenimiento en tierra. Cuando cualquier sistema falla, el EICAS 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 7
CAPÍTULO I SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR TURBORREACTOR 
automáticamente registra los parámetros que identifican el fallo tan pronto como se detecta. 
También, si la tripulación quiere registrar todos los parámetros que existen en un momento 
específico, ellos pueden pulsar un solo botón, y todos los datos se registrarán 
automáticamente para que los técnicos de mantenimiento puedan analizar y evaluar. 
Obsérvese en la Figura 1.4 que el EICAS tiene dos computadores que reciben datos de 
los sensores de los sistemas del avión y del motor. Un computador cada vez procesa y 
presenta toda la información requerida por la tripulación, quien selecciona el computador 
desde el panel de selección de presentación del piloto. 
Los tres parámetros primarios del motor, necesarios para ajustar y controlar el empuje 
del motor, el EPR, el N1, y el EGT, se muestran en la pantalla superior en todo momento en 
formato analógico y digital. 
Los parámetros secundarios, N2, flujo de combustible, presión de aceite, temperatura 
de aceite, cantidad de aceite, y vibración, se presentan en la pantalla inferior al incrementar 
potencia y cuando se selecciona manualmente. En otras ocasiones la pantalla inferior está 
sin datos. Estos parámetros secundarios se presentan por medio de indicación digital y 
marcaciones analógicas. 
Si cualquier parámetro excede los límites para los cuales está programado (condición 
de “exceedance”), el EICAS automáticamente presenta este parámetro para ambos motores 
en el color apropiado. Esto alerta a la tripulación de un problema inminente e indica su 
gravedad. 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 8
CAPÍTULO I SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR TURBORREACTOR 
Los colores usados en las pantallas multicolor tipo CRT son los siguientes: Blanco: Es 
el color general usado para todas las escalas, para los indicadores en la gama operacional 
normal, las lecturas en formato digital y los encasillados de estas, así como los mensajes de 
advertencia. 
 Rojo: Para los Mensajes de aviso, para los limites de escalas, y para la condición de 
exceso en los indicadores, en la lectura digital y los encasillados de esta. 
 Verde: Para el modo de empuje y la lectura de referencia, para el cursor del EPR 
seleccionado (EPR target), para la lectura del anti-hielo (TAI thermal anti—ice), 
para la lectura de la temperatura seleccionada, y para los mensajes de empuje 
inverso. 
 Azul: No se usa para las presentaciones del EICAS, se muestra solo durante la 
prueba del EICAS. 
 Amarillo: Para los mensajes de precaución. Para las bandas amarillas de las escalas, 
para la condición de banda amarilla del indicador, para las lecturas digitales y los 
encasillados de estas, para el marcador de límite máximo, y la lectura del inversor 
de empuje. 
 Magenta (Rosa): Para la envolvente de arranque en vuelo, para el índice 
comandado del combustible, para los mensajes de alimentación cruzada de 
sangrados, y para el cursor EPR/FMC. 
 Cyan (Azul): Para los nombres de todos los parámetros, indicación de status e 
indicación de los datos secundarios del motor. 
 Negro: Color del fondo de pantalla. 
 
Figura 1.5 Sistema EICAS 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 9
CAPÍTULO I SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR TURBORREACTOR 
1.4 Motor TPE 331 
En el presente trabajo se selecciono un motor TPE 331 seccionado que fue facilitado 
por la academia de Térmica. El cual se muestra en la siguiente Figura 1.6. 
 
 
Figura 1.6 Motor TPE 33 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 10
CAPÍTULO I SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR TURBORREACTOR 
En la siguiente Figura 1.7 podemos observar el motor TPE 331 mostrando sus 
elementos que lo conforman. Podemos observar en el círculo que se muestra la localización 
del termocople, el arnés y la resistencia compensadora. 
 
Figura 1.7 Motor TPE 331, con todos sus elementos 
En la siguiente Figura 1.10 podemos observar algunos de los componentes de la parte 
trasera del motor TPE 331 como son la cámara de combustión, la cola, los estatores, el eje 
principal de engranes y la transmisión lineal. 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 11
CAPÍTULO I SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR TURBORREACTOR 
 
Figura 1.8 Parte trasera del Motor TPE 331 
 
En la siguiente Figura 1.9 podemos observar un diagrama esquemático de los 
componentes del motor, en el cual se señala con un ovalo el sensor de temperatura que se 
utiliza para la medición de temperatura de los gases de escape (Exhaust Gas Temperature 
EGT, o Turbine Inlet Temperature TIT, o Tail Pipe Temperture TPT). 
 
Figura 1.9 Diagrama esquemático del sistema de indicación 
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CAPÍTULO I SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR TURBORREACTOR 
En la siguiente Figura 1.10 se muestra el diagrama de bloques del sistema de 
indicación, cabe mencionar que para nosotros el de gran importancia, que se marca con un 
cuadrado, es el sensor de la temperatura de los gases de escape (EGT). 
Figura 1.10 Diagrama de bloques del sistema de indicación 
1.4.1 Sistemas de indicación de temperatura de los gases de escape (EGT) en el motor 
TPE 331 
El indicador de EGT consiste en ocho termocoples de cromo—aluminio. (Figura 
1.11), el arnés del termocople (thermocouple harrness), la resistencia compensadora 
(compensating resistor), SRL / la computadora de arranque automático y el indicador de 
EGT. 
INSTITUTO POLITÉCNICONACIONAL 13
CAPÍTULO I SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR TURBORREACTOR 
 
Figura 1.11 Sistema de Indicación EGT 
El termocople esta localizado en el motor en la etapa de escape, que se puede 
observar en la Figura 1.11 y con la finalidad de medir la temperatura de los gases de 
escape. 
El arnés que conecta a los termocoples esta construido para alimentar las resistencias 
de cada termocople y alimentar a la resistencia compensadora. Por lo tanto, el voltaje 
producido por todos los termocoples, representa un promedio de la temperatura de los gases 
de escape. El termocople es un sensor de temperatura, produce voltaje, las cuales pasan a 
través del arnés a una resistencia compensadora. La compensación de las señales de EGT 
entra al sistema de instrumentos del avión, a través del SRL que es transmitido al indicador 
de EGT, localizado en el centro del panel. El indicador de EGT esta graduado en unidades 
de grados centígrados. 
1.5 Temperatura de Gases de Salida (EGT)/ Temperatura entre Turbinas 
Los motores de turbina pueden instrumentarse para la indicación de la temperatura de 
los gases de escape en localizaciones situadas delante, entre o detrás de los escalones de 
turbina. La temperatura de los gases es un límite operativo del motor, y se utiliza para 
controlar la integridad mecánica de las turbinas, así como también para comprobar las 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 14
CAPÍTULO I SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR TURBORREACTOR 
condiciones operativas del motor. Realmente, la temperatura a la entrada de la turbina es la 
consideración más importante, siendo esta la más crítica de todas las variables del motor. 
No obstante, no es práctico medir la temperatura a la entrada de la turbina en la mayoría de 
los motores. 
Consecuentemente, los termopares se insertan en la descarga de la turbina, esta 
temperatura proporciona una indicación relativa de la entrada. Aunque la temperatura en 
este punto es mucho más baja que a la entrada, ello permite al piloto mantener una 
observación sobre las condiciones operativas internas del motor. 
 
Figura 1.12 Termopares alrededor del Turborreactor 
Normalmente se utilizan varios termopares (Figura.1.12) espaciados a intervalos 
alrededor del perímetro del conducto de escape del motor, cerca de la salida de turbina. El 
indicador de temperatura de los gases de escape en el avión muestra la media de las 
temperaturas medidas por los termopares individualmente (Figura 1.13). Las lecturas de los 
distintos termopares normalmente también pueden obtenerse individualmente durante el 
mantenimiento del motor en tierra utilizando un interruptor de selección. La diferencia 
entre la lectura más alta y la más baja del termopar es útil para mantenimiento porque sirve 
para indicar la presencia de manchas calientes o frías en los álabes guías de entrada en 
turbinas del motor que podrían significar que algo está mal dentro del motor. 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 15
CAPÍTULO I SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR TURBORREACTOR 
 
Figura 1.13 Indicador de Temperatura del Termocople 
Las sondas de termopares usadas para transmitir la señal de temperatura al indicador 
constan de dos cables de metales diferentes que están unidos dentro de un tubo metálico de 
protección (Figura 1.12). Orificios de transferencia en el tubo permiten que los gases de 
escape fluyan a través de la conexión. Los materiales de los cuales están hechos los cables 
de los termopares son normalmente aleaciones de níquel—cromo y níquel— aluminio. 
La conexión de los dos cables en la sonda de termopar se conoce como conexión 
“caliente” o de “medición”, y la del indicador como conexión “fría” o de “referencia”. Si la 
conexión fría está a una temperatura constante y la conexión caliente está sintiendo la 
temperatura de los gases de escape, en el circuito se crea una fuerza electromotriz 
proporcional a la diferencia de temperatura de las dos conexiones, y esto hace que la aguja 
del indicador se mueva. Para evitar que las variaciones de temperatura de la conexión fría 
afecten a la temperatura indicada, bien en el circuito o en el indicador se incorpora un 
dispositivo automático de compensación de temperatura. 
La salida hacia el sistema de control de temperatura también puede usarse para 
proporcionar una señal en forma de impulsos cortos, que cuando se acoplan a un indicador, 
registrarán digitalmente la vida del motor. Durante el funcionamiento del motor en las 
gamas más altas de temperaturas, el impulso de frecuencia aumenta progresivamente 
haciendo que el indicador tipo cíclico registre a un régimen más alto, relacionando de esta 
forma la vida del motor o de la unidad con las temperaturas de funcionamiento. 
Otro método de medición de la temperatura más próximo a la posición ideal de la 
temperatura de entrada en turbina (T.E.T.) utiliza las radiaciones infrarrojas emitidas por los 
álabes calientes de la turbina. Un pirómetro de radiación se sitúa de manera tal que 
visualiza directamente a los álabes de turbina. La energía radiada emitida por los álabes 
calientes se convierte en energía eléctrica por una célula foto – voltaica y es transmitida a 
un instrumento que es una combinación de amplificador e indicador calibrado en grados 
centígrados. 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 16
CAPÍTULO I SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR TURBORREACTOR 
1.6 Vibraciones Mecánicas 
1.6.1 Concepto de Vibración 
Se dice que un cuerpo vibra cuando experimenta cambios alternativos, de tal modo 
que sus puntos oscilen sincrónicamente en torno a sus posiciones de equilibrio, sin que el 
campo cambie de lugar. 
Como otro concepto de vibración, se puede decir que es un intercambio de energía 
cinética en cuerpos con rigidez y masa finitas, el cual surge de una entrada de energía 
dependiente del tiempo. Este intercambio de energía puede ser producido por: 
• Desequilibrio en maquinas rotatorias. 
• Entrada de Energía Acústica. 
• Circulación de Fluidos o masas. 
• Energía Electromagnética. 
Sea cualquiera la causa de la vibración, su reducción es necesaria debido a diversas 
razones entre las cuales tenemos: 
• La excesiva vibración puede limitar la velocidad de procesamiento. 
• La vibración es responsable de la pobre calidad de los productos elaborados por 
maquinas-herramientas. 
• La vibración de maquinarias puede resultar en radiación de ruido. 
• La vibración puede alcanzar a otros instrumentos de precisión de otras fuentes, y 
causar fallas de funcionamiento. 
La Medición de Vibración, juega un papel muy importante en el desarrollo de 
técnicas para mitigarla o reducirla, y en el establecimiento de límites en los niveles de ruido 
de la maquinaria existente en una instalación industrial. Aproximadamente el 50% de las 
averías en máquinas rotativas se deben a desalineaciones en los ejes. Las máquinas mal 
alineadas generan cargas y vibraciones adicionales, causando daños prematuros en 
rodamientos, obturaciones y acoplamientos, también aumenta el consumo de energía. 
Gracias a los avances de la electrónica, actualmente se tienen instrumentos de medición 
altamente sofisticados que permiten cuantificar la vibración de manera precisa, a través de 
diversos principios. Es por esto que es muy importante, un buen entendimiento de los 
transductores empleados para la medición de vibración, y su interfaz con los sofisticados 
equipos de instrumentación y de adquisición de datos. 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 17
CAPÍTULO I SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR TURBORREACTOR 
1.6.2 Medición de Vibración 
La medición de la Vibración se puede definir como el estudio de las oscilaciones 
mecánicas de un sistema dinámico. Las mediciones de vibración deben ser hechas con la 
finalidad de producir los datos necesarios, para realizar significativas conclusiones del 
sistema bajo prueba.Estos datos pueden ser usados para minimizar o eliminar la vibración, 
y por tanto eliminar el ruido resultante. En algunas aplicaciones, el ruido no es el parámetro 
a controlar, sino la calidad del producto obtenido por el sistema. Un sistema de medición y 
procesamiento de señales de vibración por computadora típica, está formado por: 
a) Los transductores de vibraciones (Acelerómetros) los cuales son los encargados de 
transformar las vibraciones en señales eléctricas. 
b) Un sistema de acondicionamiento de señal, el cual se encarga de recoger las 
diferentes señales, amplificarlas y llevarlas a los niveles de tensión aceptados por el 
sistema de adquisición de datos. 
c) La tarjeta de adquisición de datos, la cual se encarga de digitalizar la señal, 
realizando para ello, un muestreo discreto de la señal analógica proveniente del 
acondicionamiento de señal, y de introducirla al computador donde se realizan 
diferentes tipos de procesamiento para obtener toda la información que se requiere 
para el análisis y monitoreo de las vibraciones de las máquinas. 
1.6.3 Medida e indicación de la vibración 
Muchos motores están equipados con indicadores de vibración que continuamente 
comprueban el nivel de vibración del motor. El indicador normalmente es un 
miliamperímetro que recibe señales a través de un amplificador desde un transmisor 
montado en el motor (Figura. 1.14). 
 
Figura 1.14 Transmisor montado en el turborreactor 
El transmisor de vibración, también llamado captador de vibración, está montado 
sobre el cárter y conectado eléctricamente al amplificador e indicador. El elemento sensor 
de vibración normalmente es un transductor electrónico que convierte el régimen de 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 18
CAPÍTULO I SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE UN MOTOR TURBORREACTOR 
vibración en señales eléctricas que hacen que la aguja del indicador se mueva 
proporcionalmente al nivel de vibración. Una lámpara de aviso sobre el panel de 
instrumentos se incorpora al sistema para avisar al piloto si se aproxima un nivel 
inaceptable de vibración, permitiendo parar el motor y reducir de esta manera el riesgo de 
daño. 
El nivel de vibración registrado sobre el indicador es la suma total de la vibración 
sentida por el captador. Un método más exacto diferencia entre las gamas de frecuencia de 
cada conjunto de rotación, permitiendo así aislar la fuente de vibración. Esto es 
particularmente importante en los motores con más de un rotor. 
Para el uso en los motores con más de un rotor se ha desarrollado un transmisor de 
vibración tipo cristal de cuarzo que da una indicación de la vibración más fiable. Un 
sistema de filtros en el circuito eléctrico hacia el indicador hace posible comparar la 
vibración obtenida con una gama de frecuencia conocida y así localizar el origen de la 
vibración. Un interruptor de selección múltiple permite al piloto seleccionar un área 
específica para obtener una lectura del nivel de vibración. 
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 19
 
 
 
 
CAPÍTULO II 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO II PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS 
PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS 
 
2.1 Estructura del proceso de Adquisición de Datos 
 
Un sistema de adquisición de datos esta formado por un conjunto de subsistemas 
electrónicos que nos permite tomar señales físicas del entorno y convertirlas en datos que 
posteriormente podremos procesar y presentar. 
A veces el sistema de adquisición es parte de un sistema de control, y por tanto la 
información recibida se procesa para obtener una serie de señales de control. 
La estructura general de un sistema de adquisición de datos se presenta en la Figura 2.1 
en donde se muestran los diversos bloques que conforman el sistema de adquisición de 
datos. 
 
Figura 2.1 Esquema de bloques de un Sistema de Adquisición de Datos 
La estructura general de un sistema de adquisición de datos esta formado por: 
a) El transductor. 
b) El acondicionamiento de señal. 
c) El convertidor analógico-digital. 
d) La etapa de salida (interfaz con la lógica). 
2.1.1 El transductor 
Es un elemento que convierte la magnitud física que vamos a medir en una señal de 
salida (normalmente tensión o corriente) que puede ser procesada por nuestro sistema. 
En el mundo real las señales analógicas varían constantemente, pueden variar 
lentamente como la temperatura o muy rápidamente como una señal de audio. Lo que 
sucede con las señales analógicas es que son muy difíciles de manipular, guardar y después 
recuperar con exactitud. 
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CAPÍTULO II PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS 
Salvo que la señal de entrada sea eléctrica, podemos decir que el transductor es un 
elemento que convierte energía de un tipo en otro. Por tanto, el transductor debe tomar poca 
energía del sistema bajo observación, para no alterar la medida. 
2.1.2 El acondicionamiento de señal 
Es la etapa encargada de filtrar y adaptar la señal proveniente del transductor a la 
entrada del convertidor analógico / digital. Esta adaptación se encarga de: 
a. Adaptar el rango de salida del transductor al rango de entrada del convertidor. 
(Normalmente en tensión). 
b. Acoplar la impedancia de salida de uno con la impedancia de entrada del otro. 
La adaptación entre los rangos de salida del convertidor y el de entrada del convertidor 
tiene como objetivo el aprovechar el margen dinámico del convertidor, de modo que la 
máxima señal de entrada debe coincidir con la máxima que el convertidor (pero no con la 
máxima tensión admisible, ya que para ésta entran en funcionamiento las redes de 
protección que el convertidor lleva integrada). 
Por otro lado, la adaptación de impedancias es imprescindible ya que los transductores 
presentan una salida de baja impedancia, que normalmente no puede excitar la entrada de 
un convertidor, cuya impedancia típica suele estar entre 1 y 10 k. 
2.1.3 El convertidor Analógico / Digital 
Es un sistema que presenta en su salida una señal digital a partir de una señal analógica 
de entrada, (normalmente de tensión) realizando las funciones de cuantificación y 
codificación. 
 
Figura 2.2 Diagrama de un convertidor Analógico / Digital 
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CAPÍTULO II PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS 
La cuantificación: Implica la división del rango continuo de entrada en una serie de 
pasos, de modo que para infinitos valores de la entrada, la salida sólo puede presentar una 
serie determinada de valores. Por tanto la cuantificación implica una pérdida de 
información que no podemos evitar. 
8-bit = 256 discrete levels 
12-bit = 4,096 discrete levels 
14-bit = 16,384 discrete levels 
 
Figura 2.3 Perdida por cuantificación 
La codificación: Es el proceso por el cual la señal digital se ofrece según un 
determinado código binario, de modo que las etapas posteriores al convertidor puedan leer 
estos datos adecuadamente. Este paso hay que tenerlo siempre en cuenta, ya que puede 
hacer que obtengamos datos erróneos, sobre todo cuando el sistema admite señales 
positivas y negativas con respecto a tierra, momento en el cual la salida binaria del 
convertidor nos da tanto la magnitud como el signo de la tensión que ha sido medida. 
2.1.4 La etapa de salida 
Es el conjunto de elementos que permiten conectar el sistema de Adquisición de Datos 
con el resto del equipo, y puede ser desde una serie de buffers digitales incluidos en el 
circuito convertidor, hasta un interfaz RS 232, RS 485 o Ethernet para conectar a un 
ordenador o estación de trabajo, en el caso de sistemas de adquisición de datos comerciales. 
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CAPÍTULO II PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS 
2.2 Características básicas de un convertidor Analógico Digital (A/D) 
A continuación describiremos las características esenciales que hemos de tener en 
cuenta para considerar y obtener nuestras medidas de un modo correcto. 
• Rango de entrada. 
• Número de bits. 
• Resolución. 
• Tensión de fondode escala. 
• Tiempo de conversión. 
• Error de conversión. 
2.2.1 Rango de entrada 
La mayoría de los convertidores están diseñados para aceptar señales diferenciales o 
señales simples de una sola polaridad. Los rangos más comunes son de 0 a 5 volts y de 0 a 
10 volts. 
2.2.2 Número de bits 
Es el número de bits que tiene la palabra de salida del convertidor, y por tanto es el 
número de pasos que admite el convertidor. Así un convertidor de 8 bits sólo podrá dar a la 
salida 28=256 valores posibles. 
2.2.3 Resolución 
Es el mínimo valor que puede distinguir el convertidor en su entrada analógica, o dicho 
de otro modo, la mínima variación, Vi, en el voltaje de entrada que se necesita para cambiar 
en un bit la salida digital. En decir, tenemos que: 
( )12 −
= n
fe
i
VV 
Donde n es el número de bits del convertidor, y Vfe la tensión de fondo de escala, es decir, 
aquella para la que la salida digital es máxima. 
La tensión de fondo de escala depende del tipo de convertidor, pero normalmente se fija 
a nuestro gusto, en forma de una tensión de referencia externa, (aunque en algunos casos, 
como el del convertidor ADC 0804 la tensión de fondo de escala es el doble de la tensión 
de referencia). 
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CAPÍTULO II PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS 
Por ejemplo, un convertidor de 8 bits con una tensión de fondo de escala de 2V tendrá 
una resolución de: 
• Resolución es: 2 volts / (256 – 1) 
• Resolución = 7.84 mV 
 
Figura 2.4 Ejemplo de resolución de 16 Bits y 3 Bits 
2.2.4 Tiempo de conversión 
Es el tiempo que tarda en realizar una medida específica el convertidor, y dependerá de 
la tecnología de medida empleada. Evidentemente nos da una cota máxima de la frecuencia 
de la señal a medir. 
Este tiempo se mide como el transcurrido desde que el convertidor recibe una señal de 
inicio de conversión (normalmente llamada SOC, Start of Convertion) hasta que en la 
salida aparece un dato válido. Para que tengamos constancia de un dato válido tenemos dos 
caminos: 
Esperar el tiempo de conversión máximo que aparece en la hoja de características. 
• Esperar a que el convertidor nos envíe una señal de fin de conversión 
• Si no respetamos el tiempo de conversión, en la salida tendremos un valor, 
que dependiendo de la constitución del convertidor será: 
• Un valor aleatorio, como consecuencia de la conversión en curso. 
• El resultado de la última conversión. 
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CAPÍTULO II PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS 
2.2.5 Errores en los convertidores Analógico/Digital 
Un convertidor no es un circuito perfecto, sino que presenta una serie de errores que 
debemos tener en cuenta. Algunos de los que más importancia que se tienen, son los 
siguientes: 
• Error de offset. 
• Error de cuantificación. 
• Error de linealidad. 
• Error de apertura. 
• La etapa de acondicionamiento de la señal. 
A continuación se explican los errores anteriormente mencionados del convertidor 
Analógico /Digital. 
• Error de offset: El error de offset es la diferencia entre el punto nominal de offset 
(cero) y el punto real de offset. Concretamente, para un convertidor A/D este punto es el 
punto central de todos aquellos valores de la entrada que nos proporcionan un cero en la 
salida digital del convertidor. Este error afecta a todos los códigos de salida por igual, y 
puede ser compensado por un proceso de ajuste. 
 
 
Figura 2.5 Error Offset. 
 
• Error de cuantificación: Es el error debido a la división en escalones de la señal de 
entrada, de modo que para una serie de valores de entrada, la salida digital será siempre la 
misma. Este valor se corresponde con el escalonado de la función de transferencia real, 
frente a la ideal. 
• Error de linealidad (linealidad integral): Este error es la manifestación de la 
desviación entre la curva de salida teórica y la real, de modo que para iguales incrementos 
en la entrada, la salida indica distintos incrementos. 
• Error de apertura: Es el error debido a la variación de la señal de entrada mientras 
se está realizando la conversión. Este error es uno de los más importantes cuando se están 
muestreando señales alternas de una frecuencia algo elevada, (como por ejemplo el 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 25
CAPÍTULO II PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS 
muestreo de voz) pero tiene poca importancia cuando medimos señales cuasi-continuas, 
como temperatura, presión, o nivel de líquidos. Para minimizar este tipo de error se usan los 
circuitos de muestreo y retención. 
Este error es importante, ya que si no lo tenemos en cuenta raramente podemos 
digitalizar adecuadamente señales alternas. 
Si consideramos un error que no afecte a la precisión total de la conversión, (por lo que 
habrá de ser menor que ½ LSB) la frecuencia máxima de muestreo deberá ser: 
))()((
1
2 1+
= nMax nTaF 
En esta fórmula Ta es el tiempo de apertura del circuito de muestreo y retención, o bien 
el tiempo total de conversión si el anterior no existe, y n el número de bits del convertidor. 
El circuito de muestreo y retención puede estar a veces integrado dentro de la misma 
cápsula del convertidor, lo que nos puede simplificar el diseño enormemente. 
2.2.6 Etapa de acondicionamiento 
Con más detalle, en una etapa de acondicionamiento podemos encontrar estas etapas, 
aunque no todas están siempre presentes: 
• Amplificación. 
• Aislamiento. 
• Multiplexado. 
• Excitación. 
• Linealización. 
• Filtrado. 
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CAPÍTULO II PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS 
A continuación se describe con más detalle la etapa de acondicionamiento de señal: 
Amplificación: Es el tipo más común de acondicionamiento. Para conseguir la mayor 
precisión posible la señal de entrada deber ser amplificada de modo que su máximo nivel 
coincida con la máxima tensión que el convertidor pueda leer. 
Aislamiento: Otra aplicación habitual en acondicionamiento de la señal es el aislamiento 
eléctrico entre el transductor y el ordenador, para proteger al mismo de transitorios de alta 
tensión que puedan dañarlo. Un motivo adicional para usar aislamiento es el garantizar que 
las lecturas del convertidor no son afectadas por diferencias en el potencial de masa o por 
tensiones en modo común. 
Cuando el sistema de adquisición y la señal a medir están ambas referidas a masa pueden 
aparecer problemas si hay una diferencia de potencial entre ambas masas, apareciendo un 
“bucle de masa”, que pueden devolver resultados erróneos. 
Multiplexado: El multiplexado es la conmutación de las entradas del convertidor, de modo 
que con un sólo convertidor podemos medir los datos de diferentes canales de entrada. 
Puesto que el mismo convertidor está midiendo diferentes canales, su frecuencia máxima 
de conversión será la original dividida por el número de canales muestreados. 
Excitación: La etapa de acondicionamiento de señal a veces genera excitación para algunos 
transductores, como por ejemplos las galgas extensométricas, termistores o RTD, que 
necesitan de la misma, bien por su constitución interna, (como el termistor, que es una 
resistencia variable con la temperatura) o bien por la configuración en que se conectan 
(como el caso de las galgas, que se suelen montar en un puente de Wheatstone). 
Linealización: Muchos transductores, como los termopares, presentan una respuesta no 
lineal ante cambios lineales en los parámetros que están siendo medidos. Aunque la 
linealización puede realizarse mediante métodos numéricos en el sistema de adquisición de 
datos, suele ser una buena idea el hacer esta corrección mediante circuitería externa. 
Filtrado: El fin del filtro es eliminar las señales no deseadas de la señal que estamos 
observando. Por ejemplo, en las señales cuasi-continuas, (como la temperatura) se usa un 
filtro de ruido de unos 4 Hz, que eliminará interferencias, incluidos los 50/60 Hz de la red 
eléctrica. 
Las señales alternas, tales como la vibración, necesitan un tipo distinto de filtro, conocido 
comofiltro antialiasing, que es un filtro pasabajo pero con un corte muy brusco, que 
elimina totalmente las señales de mayor frecuencia que la máxima a medir, ya que se si no 
se eliminasen aparecerían superpuestas a la señal medida, con el consiguiente error. 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 27
CAPÍTULO II PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS 
2.3 El muestreo de la señal 
El muestreo de la señal implica pérdida de información respecto a la señal de 
entrada, ya que de un número infinito de valores posibles para la entrada sólo tenemos un 
valor finito de valores posibles para la salida. Por tanto es fundamental saber cuántas 
muestras hemos de tomar. 
La respuesta a esta pregunta depende del error medio admisible, el método de 
reconstrucción de la señal (si es que se usa) y el uso final de los datos de la conversión. 
Independientemente del uso final, el error total de las muestras será igual al error 
total del sistema de adquisición y conversión más los errores añadidos por el ordenador o 
cualquier sistema digital. 
Para dispositivos incrementales, tales como motores paso a paso y conmutadores, el 
error medio de los datos muestreados no es tan importante como para los dispositivos que 
requieren señales de control continuas. 
Para ver el error medio de muestreo en los datos, consideremos el caso en el que se 
toman dos muestras por ciclo de señal sinusoidal, y la señal se reconstruye directamente 
desde un convertidor D/A sin filtrar (reconstrucción de orden cero). El error medio entre la 
señal reconstruida y la original es la mitad de la diferencia de áreas para medio ciclo, que es 
un 32% para una reconstrucción de orden cero, o del 14 % para una reconstrucción de 
orden uno. 
De cualquier modo, la precisión instantánea en cada muestra es igual a la precisión 
del sistema de adquisición y conversión, y en muchas aplicaciones esto puede ser más que 
suficiente. 
La precisión media de los datos muestreados puede mejorarse con estos métodos: 
• Aumentar el número de muestras por ciclo. 
• Filtrado previo al multiplexado. 
• Filtrar la salida del convertidor Analógico / Digital. 
La mejora en la precisión media es espectacular con un pequeño aumento en el 
número de muestras por ciclo, como podemos ver en esta Figura 2.6.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 28
CAPÍTULO II PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS 
 
Figura 2.6 Mejora de la precisión al aumentar las muestras 
Para una reconstrucción de orden cero, podemos ver que con más de 10 muestras 
por ciclo de señal, podemos conseguir precisiones del 90 % o mejor. Normalmente se usan 
entre 7 y 10 muestras por ciclo. 
2.4 El teorema de Nyquist o teorema de muestreo 
El objetivo fundamental de la adquisición es el poder reconstruir la señal 
muestreada de una manera fiel. Este teorema nos dice que la frecuencia mínima de 
muestreo para poder reconstruir la señal ha de ser el doble de la frecuencia de la señal a 
medir. Pero ojo, para que la reconstrucción sea fiable, deberemos tomar muestras a una 
frecuencia unas 10 veces superior a la de la señal a evaluar. 
En la Figura 2.7 podemos ver una señal senosoidal, que es muestreada con dos 
medidas por ciclo y su reconstrucción mediante los dos métodos que más se usan 
(reconstrucción de orden cero y reconstrucción de orden uno). 
 
Figura 2.7 Reconstrucción de orden 0 y 1 
Como se ve, aplicando el teorema de Nyquist podemos saber al menos la frecuencia 
de la señal medida, aunque no su tipo, ni si el muestreo es eficaz o no. 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 29
CAPÍTULO II PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS 
Por último comentar que la reconstrucción de orden cero es la salida directa de un 
convertidor analógico digital, mientras que la de orden uno es la interpolación simple 
mediante rectas, de modo que la señal se aproxima más a la original. 
2.5 Efectos de Aliasing 
El efecto Aliasing se produce cuando la frecuencia de muestreo es menor que la de 
la señal que se muestrea, y se refiere al hecho de que podemos interpretar de una manera no 
exacta la señal, apareciendo un "alias" de la señal (de ahí el término). Este efecto se pone 
de manifiesto en la Figura 2.8: 
 
Figura 2.8 Efecto Aliasing 
Como se aprecia, al tomar varias muestras con un periodo de muestreo superior al 
de la señal medida, llegamos a creer que la señal tiene una frecuencia mucho menor de la 
que realmente tiene. En este efecto también influyen los armónicos, señales que interfieran 
con la señal a medir, de modo que pueden aparecer señales de alta frecuencia superpuestas, 
como ruido, y otras senoidales, que aparentemente no son ruido, pero que también afectan a 
la señal bajo medida. Por tanto, cualquier frecuencia de muestreo excesivamente baja nos 
da información falsa sobre la señal. 
2.6 Otros conceptos necesarios para la adquisición de señales 
 Estabilidad de la tensión de referencia. Los convertidores usan varios métodos para 
digitalizar la señal, pero siempre respecto a una tensión de referencia. En los casos en 
los que la señal de referencia sea externa deberemos tener en cuenta estas ideas: 
• Usar un elemento que de una tensión con poca deriva térmica. 
• Adecuar la impedancia de salida de la referencia a la impedancia de entrada 
del convertidor. 
• Filtrar adecuadamente la salida de la referencia, así como la tensión de 
alimentación que se le aplica. 
 
 
 Filtrado de las líneas de alimentación. Es imprescindible que las líneas de 
alimentación estén debidamente desacopladas con el uso de condensadores. Además 
del típico condensador electrolítico, que es adecuado para atenuar las fluctuaciones de 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 30
CAPÍTULO II PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS 
la alimentación debidas al rizado de red, es imprescindible añadir condensadores 
cerámicos de unos 100 nF próximos al convertidor, para evitar los transitorios de alta 
frecuencia. 
 
 Trazado adecuado y separado de la alimentación analógica y digital. Este aspecto, 
que muchas veces no se tiene en cuenta, es fundamental y puede llegar a darnos 
muchos problemas, sobre todo cuando medimos tensiones del orden de uno o dos 
mV. 
El problema se debe a que los conductores de alimentación tienen una resistencia no 
nula, y si tenemos un microcontrolador, por ejemplo, trabajando a 4 Mhz, aparecerán 
en la alimentación picos de intensidad de la misma frecuencia. Estos picos generarán 
caídas de tensión al circular por las pistas de la placa, y estas tensiones harán que el 
nivel de masa fluctúe, con el consiguiente efecto en la circuitería analógica. En 
resumen, podemos recomendar la observación de estos puntos:
• Las pistas de masa han de ser anchas y ocupar la mayor extensión posible 
(planos de masa). 
• Debe haber dos planos de masa separados, uno para los circuitos digitales y 
otro para los analógicos. 
• Los planos de masa deben conectarse en un sólo punto, que habitualmente es 
la masa del conector de alimentación. 
• Si es posible, usar dos reguladores separados para cada uno de los bloques 
(analógico y digital). 
Tanto si se usa un regulador, como si se usan dos es necesario dividir las líneas de 
alimentación del mismo modo que las de masa, esto es, con una conexión en estrella. 
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 31
 
 
 
 
CAPÍTULO III 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO III DISEÑO DEL PROGRAMA DEL PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS 
 
DISEÑO DEL PROGRAMA DEL PROCESO DE 
ADQUISICIÓN DE DATOS 
La versión que se utilizó de LabVIEW en este proyecto fue de uso didáctico ya que fue de 
gran importancia para la programación de la tarjeta DAQ como hardware y de la 
computadora. 
3.1 Diseño del programa del proceso de Adquisición de Datos 
Al estudiar profundamente la configuración de los sistemas de adquisición de datos 
modernos DAQ (Data Acquisition System) o SAD (Sistema de Adquisición de Datos), 
basados en equipos PC (Personal Computer), se aprecia que una de las partes que 
componen dichos sistemas, es el software quien controla y administra los recursos del 
computador,