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ANEXO 3:ADQUISICIN Y PROCESAMIENTO DE DATOS CON LabVIEW

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ANEXO 3: ADQUISICIN Y PROCESAMIENTO

DE DATOS CON LabVIEW

3.1 LabVIEW 5.1

3.1.1 El entorno LabVIEW y la instrumentacin virtual

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench), de National

Instruments, es un sistema de programacin grfico diseado para el desarrollo de

distintas aplicaciones como el anlisis de datos, la adquisicin de datos y el control de

instrumentos [8]. La versin de LabVIEW utilizada para este proyecto es la 5.1.

Al ser LabVIEW un lenguaje de programacin grfico y basado en un sistema de

ventanas, muchas veces es ms sencillo de utilizar que otros lenguajes ms tpicos.

Mucha gente que habitualmente no intentara disear una aplicacin puede conseguirlo

con LabVIEW

Este tipo de lenguaje se desarroll a partir de la aparicin de la instrumentacin

virtual, es decir , con el uso de los ordenadores para realizar medidas (temperatura,

presin, caudal, etc), aprovechando las caractersticas de stos ltimos (potencia de

clculo, productividad, capacidad de visualizacin grfica y capacidad de conexin con

otros dispositivos), para optimizar los resultados

En definitiva, se puede concluir diciendo que con un ordenador personal, un

hardware adecuado (placas de adquisicin de datos), unos drivers y un software como

LabVIEW, se pueden obtener datos muy provechosos y mejores que si se utilizan

instrumentos tradicionales tales como osciloscopios, generadores de seal, analizadores

de espectros, analizadores vectoriales, etc.


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3.1.2 Ventajas de usar Labview

Seguidamente se van a describir las ventajas de usar este tipo de lenguaje de

programacin:

- La primera ventaja de usar LabVIEW es que es compatible con herramientas

de desarrollo similares y puede trabajara la vez con programas de otra rea de

aplicacin, como Matlab o Excel. Adems se puede utilizar en muchos sistemas

operativos, incluyendo Windows y UNIX, siendo el cdigo transportable de uno

a otro.

- Otra de las ventajas ms importantes que tiene este lenguaje de programacin

es que permite una fcil integracin con hardware, especficamente con tarjetas

de medicin, adquisicin y procesamiento de datos (incluyendo adquisicin de

imgenes).

- Es muy simple de manejar, debido a que est basado en un nuevo sistema de

programacin grfica, llamado lenguaje G.

- Es un programa enfocado hacia la instrumentacin virtual, por lo que cuenta

con numerosas herramientas de presentacin, en grficas, botones, indicadores y

controles, los cuales son muy esquemticos y verstiles. Estos seran

complicados de realizar en bases como C++ donde el tiempo para lograr el

mismo efecto sera muchas veces mayor.

-Es un programa que contiene libreras especializadas para manejos de DAQ

(tarjetas de adquisicin de datos), Redes, Comunicaciones, Anlisis Estadstico,

Comunicacin con Bases de Datos (til para una automatizacin de una empresa

a nivel total).

- Como se programa creando subrutinas en mdulos de bloques, se pueden usar

otros bloques creados anteriormente como aplicaciones por otras personas.


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A continuacin se representa una tabla que describe otro tipo de ventajas del

instrumento virtual frente al instrumento tradicional:

3.1.3 Aplicaciones de LabVIEW

Labview tiene su mayor aplicacin en sistemas de medicin, como monitoreo de

procesos (como en el caso de este proyecto, ya que se representan las curvas de fluidez

y viscosidad de diversos fluidos) y para aplicaciones de control. Adems, LabVIEW se

utiliza bastante en el procesamiento digital de seales, en el procesamiento en tiempo

real de aplicaciones biomdicas, manipulacin de imgenes y audio, automatizacin,

diseo de filtros digitales, generacin de seales, entre otras, etc.


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3.1.4 Programacin con LabVIEW

Con la llegada del software de programacin grfica LabVIEW de National

Instruments el proceso de realizacin de un programa se ha facilitado en gran medida al

minimizarse el tiempo (costes) de desarrollo de las aplicaciones.

La forma de programar en LabVIEW es muy distinta a otros lenguajes de

programacin que se basan en texto, como C , VISUAL BASIC o FORTRAN.

La principal diferencia con respecto a los anteriores lenguajes de programacin

es que LabVIEW utiliza los smbolos grficos, denominados iconos, para representar el

programa de acciones.

Los programas de LabVIEW se denominan VI VIs (Visual Instruments),

instrumentos virtuales (programas), debido a que su aspecto y operacin reproducen a

instrumentos tradicionales [9]como osciloscopios, generadores de seales, analizadores,

etc (Figura 1).

Figura 1: ejemplo de instrumento tradicional (osciloscopio).

Un instrumento virtual (programa) se define como un mdulo de software que

simula el panel frontal del instrumento, y ayudndose en elementos hardware accesibles

por un ordenador (tarjetas de adquisicin de datos, como es en el caso de este proyecto,

instrumentos accesibles va GPIB, General Purpose Interface Bus, puerto serie, etc) ,

realiza una serie de medidas que equivalen a las que se obtendran en un instrumento

real.

De este modo, cuando se ejecuta un programa que acta como un instrumento

virtual o VI, el usuario o usuaria ve en la del ordenador personal un panel cuya


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funcin es idntica a la de un instrumento fsico, facilitando as la visualizacin y el

control del aparato. Un programa creado en LabVIEW consta de dos partes[8]:

q El panel frontal (Figura 2a)

q El diagrama de bloques (Figura 2b).

En el panel frontal, el cual simula el panel frontal de un instrumento fsico, se

disea la interfaz con el usuario y contiene los elementos que van a caracterizar el

programa. En l se ven los datos y all se controlan y se manipulan.

En cambio, en el diagrama de bloques se aprecia la estructura del programa, su

funcin y algoritmo, de forma grfica en lenguaje G, en el cual los datos fluyen a

travs de lneas.

Figura 2 a : panel frontal. Figura 2b :diagrama de bloques .

PALETAS DE TRABAJO

Tanto en el panel frontal como en el diagrama de bloques, existe una paleta de

herramientas, que sirve tanto para editar el programa, o ejecutarlo segn el modo de

trabajo que se tenga.


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En el panel de control existe la paleta de controles Controls Palettte(figura 3),

que contiene indicadores pudindolos visualizar como tablas, grficos en 2D o 3D, etc ,

y controles que pueden ser booleanos, numricos, strings, un arreglo matricial de stos o

una combinacin de los anteriores .

Figura 3: Paleta de controles e indicadores.

En el diagrama de bloques hay tres paletas diferentes: primero se tiene la paleta

de funciones Functions Palette (figura 4), la cual contiene todas las funciones que se

van a utilizar en la programacin (se describirn algunas ms delante).

Figura 4 . Paleta de funciones en el diagrama de bloques.


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Las funciones constan de entradas y salidas e igual que en un lenguaje de

programacin estndar, procesan las entradas y entregan una o varias salidas. LabVIEW

tiene programas de adquisicin de datos e imgenes, de comunicaciones, de

procesamiento digital de seales, de funciones matemticas simples, hasta funciones

que utilizan otros programas como Matlab o Excel. Adems, para resolver problemas

ms complejos, existen otro tipo de unciones llamados "nodos de frmula" que se

utilizan para la resolucin de ecuaciones, editando directamente, como si se tratara de

lenguaje de programacin tradicional, definiendo las entradas y las salidas.

Otra paleta, llamada paleta de herramientas Tools Palette(figura 5), contiene

una serie de elementos que ayudan a la confeccin del diagrama de bloques

(conexiones de los bloques mediante cableado, aadir texto para una mejor

comprensin de cada parte del programa, examen de resultados, entre otros). El

cableado es muy importante que se realice correctamente ya que debe estar todo

conectado para que no d errores al compilar el programa.

Figura 5: Paleta de Herramientas de LabVIEW

Por ltimo existe la paleta en modo de ejecucin (Figura 6), que contiene varios

botones principales: (los dems casi no se utilizan)


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Figura 6 : Botones principales de la paleta de ejecucin.

-Con el botn Ejecucin se ejecuta una vez el programa. Cuando est ejecutando, se

cambia a rayado y aparece un botn de Stop con el cual se puede detener el

programa. Normalmente no se para el programa con este botn, sino que se crea un

botn de paro booleano. Si flecha de ejecucin aparece rota indica que hay un error en

el programa. Al hacer clic con el ratn se muestra una lista de errores, y al hacer click

en cada uno de los errores se mostrar dnde se encuentra dicho error.

- Modo sucesivo hace que el programa ejecute el programa indefinidamente hasta

que se presione el botn de stop.

- El botn Pausa detiene momentneamente la ejecucin del programa hasta que se

vuelve a presionar el mismo.

- Al presionar Highlight muestra como fluyen los datos y cmo son esos datos a

travs del cableado del programa. Adems, el programa se ejecuta de forma lenta para

tener una mejor resolucin.

Ejecucin Stop

Modo sucesivo

Pausa

Highlight


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FLUJO DE DATOS

Hay que tener en cuenta que cuando se realiza una conexin en un programa,

para que exista concordancia con el flujo de datos, esta conexin se identifica por un

tipo de dato especifico que debe coincidir con el tipo de dato de la entrada del

programa. Esto no es necesariamente cierto ya que puede haber varios tipos de datos

conectados, como por ejemplo un conjuntos de variables distintas, denominado

Cluster (Figura 7).

Figura 7: Dato tipo Cluster. Puede contener variables STRING, INTEGER, etc

El flujo de datos va de izquierda a derecha en el diagrama de bloques y esta

determinado por las operaciones o funciones que procesan los datos. Se puede observar

en dicho diagrama cmo se calculan los datos en cada parte del programa cuando se

realiza una ejecucin de ste paso a paso. Adems se ve que la ejecucin del programa

es secuencial, es decir, una tarea no se inicia hasta no tener en todos sus variables de entrada informacin o que las tareas que le preceden hayan terminado de ejecutarse

(Figura 8).

Figura 8: ejecucin secuencial del programa de la figura 2 a y 2b.


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En un programa, las variables se representan mediante una figura tanto en el

panel frontal como en el diagrama de bloques (ver figura anterior). De esta manera, se

puede observar su respuesta en el interfaz del usuario y en el flujo de datos del cdigo

del programa.

3.1.5 Tipos de datos y estructuras en LabVIEW

1) TIPOS DE DATOS

Al elegir los controladores e indicadores en LabVIEW se les asigna

automticamente una clase de datos. Se presentan dos tipos de datos, los no

estructurados (no divisibles en componentes) y los estructurados (divisibles en

componentes). Cada dato en el panel de control tiene su dibujo en el diagrama de

bloques.

a) Datos no estructurados o escalares:

Este tipo de dato se caracterizan porque no se pueden dividir en otros componentes

ms pequeos. Estos tipos, denominados estndar, no necesitan definirse en el

programa, ya que se asume que son conocidos , en incluyen los valores lgicos

(BOOLEAN) , los nmeros enteros (INTEGER), los nmeros reales (REAL) y los

conjuntos de caracteres (CHAR). Un ejemplo de stos se puede observar en la figura

9:

Figura 9: Ejemplo de dato no estructurado, en este caso, Real

b) Datos estructurados:

Un dato estructurado se define como el conjunto de variables reunidas bajo un nico

nombre en comn. Estas estructuras de datos se construyen a partir de los tipos de

datos elementales ya vistos en el apartado anterior.


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Los datos estructurados en LabVIEW son los siguientes: matrices (ARRAYS),

CLUSTERS, controles e indicadores STRING, y ficheros de ENTRADA/ SALIDA.

b.1) ARRAYS

Un Array es una coleccin de datos, todos ellos del mismo tipo, pudiendo tener

una o ms dimensiones. Adems existen una serie de funciones (construccin de un

array, creacin de un subarray de un array, reemplazar una parte de un array, entre

otras), con las que se pueden manipular estos arrays (Figuras 10 a y b).

Figura 10a: Representacin de un Array 1-D en el panel del control.

Figura 10b : Funcin Array en diagrama de bloques.

b.2) CLUSTERS

Un Cluster es una coleccin ordenada de uno o ms elementos. A diferencia de

los Arrays, un Cluster puede contener cualquier combinacin de tipo de datos.

Para acceder al cluster es necesario aplicar una serie de funciones especficas de

stos que descomponen o unen los datos (Figura 11 a y b).


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Figura 11a: Representacin de un Cluster en LabVIEW

Figura 11b:Funcin Cluster en el diagrama de bloques.

b.3) CONTROLES E INDICADORES STRING

Este tipo son controles e indicadores de cadenas de caracteres ASCII. Se puede

acceder a ellos mediante la paleta de controles e indicadores, y como los anteriores,

poseen diversas funciones para cambiarlos (ver figura 12 a y b).

Figura 12a: Controlador STRING en LabVIEW

Figura 12 b: Funcin STRING en el diagrama de Bloques.

b.4) FICHEROS DE ENTRADA/SALIDA

Los ficheros de Entrada/Salida permiten el almacenamiento y la recuperacin de

informacin a y desde un disco. En la paleta de funciones de LabVIEW existen una

gran variedad de funciones (suprogramas) para tratar las diferentes operaciones con

ficheros, los cuales son: almacenamiento de datos en un archivo nuevo,

almacenamiento en un archivo ya existente, recuperacin de datos desde un archivo

y almacenamiento de resultados (Figura 13).


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Figura 13: Ejemplos de subprogramas de fichero ENTRADA /SALIDA en el

diagrama de bloques de LabVIEW

2) TIPO DE ESTRUCTURAS EN LABVIEW

Existen dos tipos de programacin en LabVIEW: la programacin estructurada y

la programacin modular.

a) Programacin Estructurada:

La programacin estructurada se basa en el uso de cuatro conjuntos de

estructuras:

Secuencial

Condicional

Iterativa

Formula node.

a.1) ESTRUCTURA SECUENCIAL

La estructura Secuencial se compone de una serie de acciones elementales que

se ejecutan en el orden que se han descrito. Se ilustra como diapositivas o

negativos de una pelcula, ejecutndose los diagramas de bloques de forma

secuencial En LabVIEW este tipo de estructura se denomina SEQUENCE, y

est formada por una serie de marcos o frames que se ejecutan segn el orden de

aparicin (ver figura 14). Hay que tener en cuenta que en LabVIEW esta

estructura se ejecutar cuando se disponga de todos los datos de entrada.


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Figura 14. Ejemplo de estructura secuencial SEQUENCE

a.2) ESTRUCTURA CONDICIONAL

La estructura Condicional se emplea cuando dos o ms acciones alternativas

dependen de una condicin (se denomina CASE en LabVIEW, ver figura 15).

El trmino de entrada que va a determinar qu condicin se cumple estar unido

al selector indicado con una interrogante [?] (ver figura 15).Lo ms

caracterstico de esta estructura es que est formada por mltiples

subdiagramas, de los que slo es visible uno a la vez , identificndose por un

valor en su parte superior.

Figura 15: Ejemplo de estructura CASE

Los subdiagramas se ejecutarn segn qu valor tome el identificador dentro de

los n posibles . Adems dentro de estos subdiagramas se pueden crear

tneles para sacar o introducir datos .

a.3) ESTRUCTURA ITERATIVA

La estructura Iterativa o Repetitiva es otro tipo de programacin que puede

aparecer, la cual se compone de acciones que implican una repeticin

sistemtica de un proceso.

Selector


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Existen dos tipos de estructuras iterativas en LabVIEW diferentes entre s, la

estructura WHILE LOOP y la estructura FOR LOOP[10]: en una estructura

WHILE LOOP la accin se repite mientras que la condicin de entrada a la

estructura sea cierta. Si es falsa nunca se ejecutar. En cambio, para una

estructura FOR LOOP, la accin se repite tantas veces como indique una

variable que acta de contador (ver Figuras 16 y 17).

Figura 16: Ejemplo de estructura WHILE LOOP.

Figura 17: Ejemplo de estructura FOR LOOP.

a.4) ESTRUCTURA FORMULA NODE

Esta estructura posee caractersticas similares a las estructuras vistas

anteriormente, pero que, en lugar de contener subdiagramas, posee una o ms

frmulas separadas por punto y coma. Se utilizar sobre todo el FORMULA

NODE cuando se quiera ejecutar frmulas matemticas que seran complicadas

de realizar mediante las herramientas matemticas incluidas en LabVIEW

(Figura 18).


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Figura 18: Ejemplo de FORMULA NODE en LabVIEW.

b)Programacin Modular:

La programacin modular se basa en dividir el programa en partes que tengan

una personalidad propia, es decir, en dividir el programa en LabVIEW en varios

subprogramas que ahorren tiempo y esfuerzo a la hora de realizar y ejecutar el

programa.

Los subprogramas tienen las mismas propiedades que un programa y se utilizan

mediante la creacin de iconos y conectores que facilitan la lectura y la

interpretacin del instrumento virtual global. En el proyecto se utilizar una

mezcla de ambas programaciones, tanto modular como estructurada.

3.2 Diseo de programas en LabVIEW 5.1 Este proyecto se compone de dos programas: el primero (CURVAS_FLU) calcula las curvas de fluidez y de viscosidad de cualquier fluido no newtoniano (en el

rango de viscosidades del viscosmetro), mientras que el segundo (RELAJACIN)

calcula los tiempos de relajacin y de recuperacin (caractersticos de cada tipo de

fluido) mediante la representacin de las grfica de viscosidad aparente frente al tiempo,

realizando cambios bruscos de velocidad de deformacin.


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3.2.1 PROGRAMA CURVAS_FLU

El programa consta de dos ventanas, el panel de control y el diagrama de

bloques. El panel de control es el panel virtual que se ocupa del control del programa,

mientras que el diagrama de bloques contiene toda la programacin.

PANEL DE CONTROL

DESCRIPCIN GENERAL (Figura 1):

Figura 1. Panel de control del programa CURVAS_FLU (ensayo para el ketchup). Como se puede ver en la figura 1, en el panel de control de CURVAS_FLU, insertando un cierto tiempo de medida, unos puntos determinados para representar las

curvas, el nmero de canales que se usan de la tarjeta de adquisicin[7] y el rango de

velocidad utilizado, se obtienen finalmente las curvas de fluidez y viscosidad.


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CONTROLES E INDICADORES:

Este panel de control contiene cinco controladores y dos indicadores, cada uno

de ellos con su correspondiente smbolo en el diagrama de bloques (a la hora de crear el

programa, la inclusin de controles e indicadores en el panel es lo primero que se hace):

- Controlador Tiempo: se utiliza para poner el tiempo en segundos que se

quiere que dure el ensayo.

- Controlador Nmero de puntos: con este controlador se aade la cantidad

de puntos con que se representarn cada una de las grficas.

- Controlador Memoria interna: se utiliza para sealar el tamao del buffer

de puntos (con un mximo de 200 puntos) que va a guardar los resultados

para representar con ellos las curvas a tiempo real.

- Controlador Rango de Velocidad de Deformacin: con este interruptor se

decide a qu velocidad se quiere que trabaje el viscosmetro (baja, media o

alta). Cuanto ms viscoso sea el fluido menor velocidad de deformacin se

aplicar ya que si no se saldr de rango y no se podr representar

grficamente. Puede ser a velocidades bajas (para viscosidades aparentes

altas, de 10000 mPas a 100000 mPas), a velocidades medias (para

viscosidades de 600 mPas a 10000 mPas) y a velocidades altas (para

viscosidades aparentes bajas, hasta 600 mPas). Estos rangos se han obtenido

a partir de los distintos ensayos. Adems, hay que tener en cuenta que este

selector se debe poner igual que el del viscosmetro.

- Controlador Configuracin del canal: es un Cluster (agrupacin de datos

de distinto tipo) donde se introducen el nmero de canales de la tarjeta de

adquisicin, que se van a utilizar para adquirir las seales de esfuerzo

cortante y velocidad de deformacin provenientes del viscosmetro, y el

nmero del canal por el que se empieza a adquirir los datos.


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- Indicador Grfica de esfuerzo cortante vs. Velocidad de deformacin:

representar la curva de fluidez del fluido, utilizando un indicador XY

Graph similar al caso anterior.

- Indicador Grfica de viscosidad vs. velocidad de deformacin:es una

grfica que representar la curva de viscosidad de un fluidos (los resultados

obtenidos al ejecutar el programa). LabVIEW posee indicadores que

presentan grficas de los datos obtenidos en el programa. Estos se encuentran

en el submen Graph en el men de controles. Para cada uno se pueden

configurar muchos parmetros como escala de la grfica, autoescala, color de

las lneas, nmero de lneas en una grfica, presentacin de letreros, paletas

de control, indicadores, etc. En este caso necesitamos un indicador XY

Graph[11]: ste es una grfica en donde los datos entran por pares

ordenados en una matriz bidimensional, o una matriz de clusters de dos datos

cada uno (X, Y). El resultado que se obtiene es una secuencia de puntos.

DIAGRAMA DE BLOQUES:

DESCRIPCIN GENERAL

El diagrama de bloques se considera el corazn del programa ya que contiene

todas las funciones, subprogramas y conexiones (mediante cableado o cables de

trasmisin) que se requieren para el correcto funcionamiento de toda la secuencia

(Figura 2).


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Figura 2: Diagrama de bloques del programa CURVAS_FLU

El diagrama de bloques se puede observar que existe un programa general

(CURVAS_FLU), y tres subprogramas (subprograma 1, subprograma 4 y el

subprograma XY Chart Buffer.vi) que lo complementan y que sern explicados

conforme se detalle el programa.

INFORME DETALLADO DEL PROGRAMA CURVAS_FLU

El programa CURVAS_FLU se va a dividir, para una explicacin ms clara,

en cuatro bloques:

Diseo del selector de velocidades de deformacin.

Diseo del subprograma 1.

Bucle FOR, en el que se incluyen:

o Obtencin de resultados mediante la tarjeta de adquisicin. o Subprograma4. o Buffer XY. o Concatenacin de resultados en una matriz


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Almacenamiento de resultados en archivo tipo .TXT.

i) DISEO DEL SELECTOR DE VELOCIDADES DE DEFORMACIN

La primera estructura que se crea a la hora de disear el programa es el selector

(ver figura en panel de control), el cual nos va a decir con qu velocidad de

deformacin se quiere trabajar para obtener las diversas curvas, llevando el resultado al

bucle FOR. Para su diseo se ha utilizado una estructura CASE (Figura 3), formada

por tres casos, 0, 1 y 2. Para ejecutar uno de los tres se ayuda del valor de la variable

U32.

Figura 3: Vista de la estructura CASE usada en el programa.

La variable U32 representa, en lenguaje LabVIEW, un valor entero, sin signo

y con una memoria mxima de almacenamiento de dgitos de 32 bits. En el panel de

control representan los nmeros 1, 10 y 100 que se observan en el selector (ver

figura). Lo que hace la estructura CASE es ejecutar aquel caso de los tres que hay

(ALTO, MEDIO o BAJO) que se ajuste a lo que diga la variable U32. Es decir, si esta

variable vale 1, el CASE que se ejecutar ser el de valor MEDIO y el valor que

sale de la estructura ser 1.0 (un nmero entero siempre), el cual se utilizar ms

adelante en el bucle FOR.

Al bucle FOR


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ii) DISEO DEL SUBPROGRAMA 1

El diagrama de bloques (Figura 4) siguiente representa la estructura interna del subprograma 1 (tambin llamado en otros lenguajes subrutina) :

Figura 4: diagrama de bloques del subprograma 1".

Este subprograma calcula el perodo de muestreo de los puntos que se van a

representar en ambas curvas (fluidez y de viscosidad).Los resultados se ontienen en

milisegundos (ms). Adems tambin se tiene como variable de salida el Nmero de

puntos, la cual se usar dentro del bucle FOR.

Las variables de entrada son el Tiempo en segundos y el Nmero de puntos.

Estos dos datos de entrada son controladores del programa, como el selector de

velocidades anterior, luego, se deben introducir antes de iniciarse la ejecucin del

programa. Las unidades de la variable Tiempo deben ser segundos, mientras que

Nmero de puntos no tiene unidades.

Estas variables son de tipo entero con signo y con una memoria de

almacenamiento de 16 bits, menor que en el caso de U32( en LabVIEW se denominan

I16).

Al bucle FOR


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El modo de operacin es el siguiente: se introducen por pantalla un tiempo en

segundos y un nmero de puntos . Este tiempo se multiplica por 1000 para obtener

milisegundos, y se aaden 3000 ms para dar un tiempo de paso inicial ya que al ejecutar

el programa y el viscosmetro siempre hay un cierto error al no conectarlos a la vez (se

hace manualmente). Si se divide este tiempo por el nmero de puntos totales se obtiene

el perodo de muestreo (en ms). Este tiempo representa los milisegundos que deben

pasar entre la toma de un punto y otro.

Resultados Tiempo de muestreo = (Tiempo (s)*1000 + 3000)/(Nmero de puntos)

de salida

de 1

Nmero de puntos

iii) DISEO DEL BUCLE FOR

Como se ha dicho antes, el bucle FOR se puede dividir en cuatro bloques:

La obtencin de resultados mediante la tarjeta de adquisicin.

El subprograma 1.

El XY chart buffer.

La concatenacin de resultados en una matriz.

El bucle FOR es la parte ms importante del programa ya que en l se

adquieren los datos del viscosmetro a partir de la tarjeta de adquisicin y se grafican

finalmente, realizando un artificio matemtico anteriormente y ayudndose de un buffer

de datos. Adems los resultados se guardan en una matriz para ser mandados

posteriormente a un archivo de texto. Aqu se debe observar tambin que dentro del

bucle FOR las funciones y los subprogramas se van a repetir tantas veces como

nmero de puntos se hayan seleccionado por pantalla.


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A continuacin, se van a explicar los cuatro bloques :

1) OBTENCIN DE RESULTADOS MEDIANTE LA TARJETA DE ADQUISICIN

En la siguiente figura se pueden observar las cuatro funciones con las que se

programa la tarjeta. Se pueden llamar tambin subprogramas ya que actan como si

fuesen subrutinas dentro del programa general.

Figura 5: Parte del programa CURVAS_FLU con las funciones de la tarjeta.

- La primera funcin o subprograma de la tarjeta se denomina Device

Open.vi (Figura 6).

Figura 6: Icono de representacin de la funcin DeviceOpen.vi

Esta funcin abre el puerto especificado por un nmero, para la entrada de

datos a la tarjeta, los cuales vienen del viscosmetro, mediante el cable de

Al subprograma 4


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conexin. El nmero 1 (llamado DevNum) debe ser introducido a la hora

de configurar por primera vez los drivers de la tarjeta de adquisicin de

datos PCL-711B de Advantech. Los cables de salida se deben cablear

siempre a las siguientes funciones de la tarjeta, para que no se produzca error

al compilar.

- La segunda funcin que se utiliza es MAIConfig.vi (Figura 7).

Figura 7: Icono de la funcin MAIConfig.vi

MAIConfig.vi configura los datos de entrada para canales analgicos

especificados. En la entrada MAIConfig.vi hay que crear un cluster de

datos con la misma forma que tiene CONFIGURACIN DE CANAL, con

el nmero de canales y su ganancia, cero en este caso (ver figura 2). En este

caso, se deben configurar para dos canales ya que se quiere obtener los datos

de esfuerzo cortante y de velocidad de deformacin los cuales provienen del

viscosmetro. Adems, los cables de entrada se deben unir a los de salida del

DeviceOpen.vi para que no se produzcan errores posteriores.

- La tercera funcin se llama MAIVoltageIn.vi (Figura 8):

Figura 8: Icono de la funcin MAIvoltageIn.vi

Este subprograma es el ms importante de todos los que estn relacionados

con la tarjeta. Recibe como entrada la configuracin de los rangos de entrada

de los canales (a travs del MAIVoltageIn.vi), es decir, lee las entradas

analgicas de los dos canales y devuelve como salida el resultado en voltios.


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Dicho resultado en voltios se acumula en una matriz llamada VoltageList ,

la cual posee una columna y dos filas para almacenar dos valores de voltaje.

Estos valores se llevan finalmente al subprograma 4. Los cables de salida

DevHandle y error out se deben alambrar a la siguiente funcin.

Hay que tener en cuenta que esta funcin va incluida en el bucle FOR,

luego su accin se repetir tantas veces como indique el nmero de puntos

N.

-La cuarta funcin que aparece relacionada con la tarjeta es

DeviceClose.vi(Figura 9):

Figura 9: Icono de DeviceClose.vi

Esta ltima funcin va a cerrar el puerto especificado, es decir, la tarjeta de

adquisicin, colocndose fuera del bucle FOR ya que si no se cerrara

antes de lo esperado.

2) SUBPROGRAMA 4

Con este subprograma (Figura 10) se van a separar los valores que se obtienen

en MAIVoltageIn.vi y, realizando una serie de operaciones, se van a obtener los

resultados buscados: esfuerzo cortante, velocidad de deformacin y viscosidad, sta

ltima en funcin de los dos anteriores. Finalmente se llevarn a unas grficas para

representarlos y a una matriz para reagruparlos otra vez.


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Figura 10a: icono del subprograma 4.

Figura 10b: diagrama de bloques del subprograma 4.

Viene del CASE

Viene de MAIVoltajeIn

A una matriz

A buffer

De MAIVoltageIn

AL buffer

A una matriz

Viene del CASE

La unidades son en mPa


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El subprograma funciona de la siguiente manera: las variables de entrada son el

resultado que da la estructura CASE (un nmero real) y la matriz de dos elementos

del MAIVoltageIn (nmeros reales). Primeramente, se acta sobre la matriz

utilizando la funcin Index Array (Figura 11):

Figura 11: Funcin Index Array

A la funcin entra una matriz de orden 2 y sale el elemento que indique el valor

del index. El primer elemento de la matriz ocupa el puesto cero, mientras que el

segundo ocupa el puesto uno y as sucesivamente si la matriz tuviera ms elementos.

Esta funcin se utiliza dos veces, dando lo siguiente: el esfuerzo cortante en la posicin

0 y la velocidad de deformacin en la posicin 1 (salen as ordenados debido a las

entradas de la clavija procedentes del viscosmetro).

A continuacin se debe realizar un cambio de variable con cada resultado debido

a que la tarjeta de adquisicin opera entre 5V y + 5 V, mientras que el viscosmetro

operan en un rango de 0V a 10V. Se obtiene ti y Di (esfuerzo cortante y velocidad de

deformacin respectivamente):

ti = elemento en orden 0 de la matriz*(-1)+5

Di = elemento en orden 1 de la matriz*(-1)+5

El factor que multiplica a cada resultados debe ser tenido en cuenta tambin:

para el esfuerzo cortante hay que multiplicar su valor por 3.22 (sus unidades son en

Pascales), ya que es la constante que nos da el resultado en sus unidades reales (con el

viscosmetro se mide el % de esfuerzo cortante, que debe ser multiplicado por dicha

constante para dar el esfuerzo ). En cambio, para la velocidad de deformacin, el valor

por el que se debe multiplicar (0.1, 1, o 10) depende de si se ha seleccionado por


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pantalla un rango de velocidades bajo, medio o alto. Adems, se debe multiplicar el

valor del esfuerzo cortante por 1000 para que nos d el resultado en milipascales, que es

la unidad ms utilizada en reologa.

Finalmente, se obtienen los puntos (t y D),los cuales se representarn ms

adelante en las correspondientes grficas: (valores enteros)

t= ti*3.22*1000 en mPa

D= Di* valor del CASE en s-1

Ahora, se divide el valor del esfuerzo cortante frente a la velocidad de

deformacin para obtener el valor de la viscosidad aparente (m) como resultado

adicional (en milipascales por segundo):

m = t/ D

(mPas)

A continuacin, los datos se unen dos a dos con una funcin llamada Bundle

(Figura 12) de la siguiente forma: t y D por un lado, y m y D por otro.

Figura 12: Funcin Bundle

Una funcin tipo Bundle agrupa los dos elementos que entran en ella en un

cluster de dos componentes. Este cluster es una agrupacin de datos, de diferente tipo,

como ya se haba mencionado, en donde todos los cables se juntan en uno solo para

facilitar el cableado en el diagrama de bloques.


A3-30

Finalmente, los tres datos que se han obtenido antes se llevan a una matriz para

agruparlos, pero esto ocurre ya fuera del subprograma 4.

3) XY CHART BUFFER

El subprograma XY Chart Buffer (Figura 14 a y b) sirve para almacenar datos

que provienen del Cluster.

Figura 14a Estructura del subprograma XY Chart Buffer.

Figura 14 b: Icono del suprogramaXY Chart Buffer.vi

Este subprograma toma como variables de entrada obligadas el Cluster de

datos que proviene del Bundle y el nmero de puntos que almacenar el buffer

(Memoria Interna). Las dems entradas son opcionales y no se utilizan aqu. Lo que

hace este subprograma es almacenar los datos que le van llegando para que se puedan

representar posteriormente como una curva continua en tiempo real, ya que si no

existiera el buffer apareceran slo una serie de puntos en las grficas de forma

discontinua. Adems se debe introducir por pantalla la cantidad de puntos para hacer

ms o menos precisa la medida. Si se est midiendo y se acaban los puntos, XY Chart

Viene del subprograma 4

Al otro XY buffer


A3-31

Buffer borrar los primeros para poder almacenar ms puntos. Hay que denotar que al

estar dentro del bucle FOR se va a repetir tantas veces como indique N, que es el

nmero de puntos.

Como variable de salida de XY Chart Buffer se obtiene un dato tipo XY

Graph, es decir, una matriz de datos, los cuales se representan finalmente en una

grfica tipo XY de forma continua. Como resultado, se obtienen las Curvas de

fluidez y de viscosidad(Figura 15), que son uno de los objetivos de la realizacin de

este proyecto

t m

D D

Figura 15: curvas de fluidez y de viscosidad

4) CONCATENACIN DE RESULTADOS EN UNA MATRIZ

Los valores de salida del subprograma 4, es decir, el esfuerzo cortante, la velocidad de deformacin y la viscosidad (aparente) se almacenan en una matriz

mediante la funcin Build Array (Figura 16 a y 16 b):

Figura 16 a: Estructura de la funcin Build Array.


A3-32

Figura 16 b: Icono de la funcin Build Array

Como esta funcin est incluida dentro del bucle FOR, se van almacenando

los datos tantas veces como indique Na la salida de dicho bucle. Entonces, el nmero

de filas de la matriz coincidir con el nmero de puntos introducidos, mientras que el

nmero de columnas coincidir con el nmero de resultados buscados (Esfuerzo

cortante, la velocidad de deformacin y la viscosidad aparente).

DIMENSIN DE LA MATRIZ = NMERO DE PUNTOS x 3.

iii) ALMACENAMIENTO DE RESULTADOS EN ARCHIVO TIPO .TXT.

Para almacenar los resultados se utiliza el subprograma Write to Spreadsheet

File.vi (Figura 17).

Figura 17: Icono y estructura del subprograma Write to Spreadsheet File.vi.


A3-33

No se utilizan todas las variables de entrada. Hay una serie de valores por

defecto.

Lo que hace este subprograma es convertir la matriz que viene del subprogram

anterior, de DIMENSIN = NMERO DE PUNTOS x 3, en una cadena de texto,

con el mismo formato que la matriz. ste guarda los caracteres en forma de nmeros

(con una precisin de 3 en coma flotante), los va escribiendo de tres en tres (son los

valores de t , D y m) y luego cambia de lnea).El nombre del nuevo archivo de

texto (File Path) es D:\\WINDOWS\Escritorio\DatosHaake.txt,o DatosHaake.

Existe otra variable de entrada que se utiliza en el programa, que es append to

file. Es de tipo booleano y se define como False ya que de esta forma, el

subprograma escribir siempre los resultados en un archivo nuevo o reemplazar el

existente. Si se definiese como True, aadira los resultados al fichero existente, pero

lo que se quiere siempre es que se reemplace dicho fichero.

Las dems variables de entrada se dejan con sus valores por defecto: el valor de

format indica la cantidad de caracteres que irn detrs de la coma flotante (tres por

defecto) y transpose se deja Falso para que no se transpongan los datos antes de

aadirlos al fichero.

3.2.2 PROGRAMA RELAJACIN

El programa RELAJACIN, como se ha dicho anteriormente, representa

grficamente la curva de viscosidad aparente frente al tiempo para obtener, a partir de

estos datos, los tiempos de relajacin y de recuperacin de cada tipo de fluido.

El programa consta de dos ventanas: el panel de control, el cual contiene los

controladores del programa y la grfica indicadora con los resultados, y el diagrama de

bloques, muy similar al de CURVAS_FLU, que contiene los subprogramas en los que

se basa toda la programacin en lenguaje LabVIEW.


A3-34

PANEL DE CONTROL

DESCRIPCIN GENERAL (Figura 18):

Figura 18: Vista general del panel de control de RELAJACIN , en este caso para el

gel de manos.

En la Figura 18 se puede observar que, insertando un nmero de puntos, la

memoria interna (igual al nmero de puntos) y el rango de velocidades, se obtiene la

grfica de viscosidad frente al tiempo. En los ensayos de aplica un cambio brusco

instantneo de velocidad y luego una disminucin equivalente, para poder ver reflejado

el tiempo de relajacin y el de recuperacin en la misma grfica.

CONTROLES E INDICADORES


A3-35

Como se puede ver en la figura 18, el panel de control contiene cuatro

controladores y un indicador, teniendo cada uno de ellos su correspondiente smbolo en

el diagrama de bloques.

- Controlador Nmero de puntos: este controlador se usa para aadir los

puntos que formarn la grfica.

- Controlador Memoria interna: como en el anterior programa, se utiliza

para sealar el tamao del buffer que va a guardar los puntos para

representarlos de forma continua y a tiempo real.

- Controlador Rango de Velocidad de Deformacin: con este selector se

escoge la velocidad de deformacin de trabajo.Tiene el mismo

funcionamiento que en el anterior programa.

- Controlador Configuracin del canal: se trata de un Cluster (conjunto de

datos de diversos tipos) que contiene la cantidad de canales de la tarjeta de

adquisicin y el canal de partida al adquirir los datos, de la misma forma que

en el anterior programa.

- Indicador Grfica de Viscosidad aparente vs. Tiempo: con este indicador

se representar la viscosidad aparente frente al tiempo, ayudndose de un

indicador XY Graph. Dicha grfica ser autoescalable (vara la escala

conforme se van obteniendo los resultados) para una visin ms compacta de

todo el conjunto.

DIAGRAMA DE BLOQUES

DESCRIPCIN GENERAL (Figura 19)


A3-36

Figura 19: Vista del diagrama de bloques del programa RELAJACIN.

Si se observa el diagrama de bloques, se puede ver un gran parecido al anterior

programa debido a que se ha aprovechado la estructura general del programa

CURVAS_FLU para crear el diagrama de RELAJACIN. Debido a ello, algunas

explicaciones se realizarn de forma resumida ya que se han detallado anteriormente.

INFORME DETALLADO DEL PROGRAMA RELAJACIN

El programa RELAJACIN se compone de tres bloques, alguno semejante al programa anterior, pero con alguna variacin:

Diseo del selector de velocidades de deformacin.

Bucle FOR, el cual incluye:

o Diseo de la adquisicin de datos. o Diseo del perodo de ensayo. o Clculo de operaciones.

Num. ptos


A3-37

o Buffer XY. o Almacenamiento de datos en una matriz.

Recopilacin de resultados en un archivo .TXT.

Todos los elementos son los mismos que los del programa anterior a excepcin

del diseo temporal y el almacenamiento de datos en una matriz.

i)DISEO DEL SELECTOR DE VELOCIDADES DE DEFORMACIN

El diseo (Figura 20) es el mismo que el de la figura 3 del programa

CURVAS_FLU: se utiliza una estructura CASE para poder elegir el rango de

velocidades de deformacin, funcionando de la misma manera.

Figura 20: Selector de velocidades del programa RELAJACIN. Es igual que el de

CURVAS_FLU

El valor de salida de la estructura CASE es un nmero real, que multiplicar,

dentro del Bucle FOR, a la velocidad de deformacin

ii)DISEO DEL BUCLE FOR

El bucle FOR es tambin semejante al creado en CURVAS_FLU: dicho

bucle (Figura 19) se repite tantas veces como indique el nmero de puntos. Los

elementos que lo componen son:

Al bucle FOR

Controlador rango de velocidad de deformacin


A3-38

1) DISEO DE LA ADQUISICIN DE DATOS

Al igual que en el CURVAS_FLU , se obtiene una matriz de dos elementos

(esfuerzo cortante y velocidad de deformacin, en voltios) que son adquiridos mediante

4 subprogramas que contiene la tarjeta (Figura 21).

Figura 21: El diseo de la adquisicin de datos es el mismo que en CURVAS FLU

2) DISEO DEL PERODO DE ENSAYO

Esta parte (Figura 22) no exista en el programa anterior. Con este diseo se

consigue fijar el tiempo que dura el ensayo (29,7 segundos ya que empieza a contar

desde 0,30 segundos e i igual a 0).

Figura 22: Diseo del tiempo de ensayo

Matriz de 2 elementos

A la matriz

Al Buffer


A3-39

Lo que hace esta seccin es guardar un valor de tiempo cada 300 milisegundos

pasando los milisegundos a segundos multiplicando por 0.001, y por el valor de i. Los

resultados se guardan en una matriz y se llevan a una grfica XY mediante un

Buffer de datos. Con esta operacin, se puede representar fcilmente el tiempo de

ensayo.

Los valores de tiempo se van multiplicando cada vez por el valor i, el cual

aumenta desde 0 al nmero de puntos. Por ejemplo, si se quieren ver 100 puntos, el

tiempo de ensayo ser de casi 30 segundos (27.9 s).

3) CLCULO DE OPERACIONES

Los valores (en voltios) del esfuerzo cortante y de la velocidad de deformacin

deben ser tratados para que sus unidades sean mPa y s-1 . Para ello, se ha

introducido el diagrama de bloques del subprograma 4 , cambiando alguna cosa

(Figura 22). Al igual que en el programa CURVAS_FLU, antes de su tratamiento, se

deben separar los valores mediante Index Array

Figura 22: Detalle del Clculo de operaciones. El diseo temporal no influye en el clculo

A una matriz

Viene del diseo temporal

Viene del CASE

A buffer


A3-40

La figura 22 se diferencia del subprograma 4 en que los resultados que se

almacenan en la matriz son distintos. Ahora se guardan en dicha matriz los valores del

esfuerzo cortante, la viscosidad aparente y el tiempo de ensayo, ste ltimo venido del

apartado anterior.

Los resultados que van al Buffer XY o XY Chart Buffer son ahora la

viscosidad y el tiempo de ensayo (en CURVAS_FLU los resultados que se llevaban al

buffer eran, por un lado, el esfuerzo cortante y la velocidad de deformacin, y por otro,

la viscosidad aparente y la velocidad de deformacin).

4) EL BUFFER XY

Dicho buffer es el mismo que el de la figura 14, as que no hace falta volverlo a

representar. Al buffer llegan los datos de viscosidad aparente y el tiempo de ensayo

mediante una estructura ya vista anteriormente, un Bundle, y estos datos se llevan a

una grfica tipo XY (XY Graph) para representarlos en tiempo real.

La grfica que se obtiene finalmente es la curva de viscosidad aparente frente al

tiempo (Figura 23) :

Visco.ap

(mPas)

Tiempo (s)

Figura 23: Curva de ensayo de viscosidad frente al tiempo, aplicando cambios

bruscos de velocidad de deformacin.


A3-41

5) ALMACENAMIENTO DE DATOS EN UNA MATRIZ

Despus del diseo del perodo de ensayo y del clculo de operaciones, se

procede a guardar los resultados en una matriz (ver figura 16), que tendr de dimensin

igual al nmero de puntos (N) por el tipo de resultado (3) .

iii)LA RECOPILACIN DE RESULTADOS EN UN ARCHIVO .TXT.

Finalmente se guardan en un archivo de texto los resultados mediante el

subprograma Write to Spreadsheet File.vi (Figura 24), de la misma manera que en el

programa CURVAS_FLU.

Figura 24: Vista del subprograma Write to Spreadsheet File.vi

Como se puede ver en esta figura, los resultados se guardan en un fichero

llamado D:\\WINDOWS\Escritorio\Datos.txt.

Datos en forma de matriz


A3-42

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