Informe Practica 2

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UNIVERSIDAD DE SAN MARTÍN DE PORRES FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA ELECTRONICA Practica Calificada N°2 Módulo Educativo Básico de Control Industrial INTEGRANTES: Jorge Oblitas, David Escudero Montero, William PROFESOR: Dr. Guillermo Kemper 1 PROYECTOS I

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Page 1: Informe Practica 2

UNIVERSIDAD DE SAN MARTÍN DE PORRES

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA ELECTRONICA

Practica Calificada N°2

Módulo Educativo Básico de Control Industrial

INTEGRANTES: Jorge Oblitas, DavidEscudero Montero, William

PROFESOR:Dr. Guillermo Kemper

ASESOR: Ing. Hugo Chacón

Noviembre del 2010I.- Planteamiento del problema

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PROYECTOS I

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La problemática del subproceso de temperatura, es entender y armar el

circuito acondicionador de señal que sirva para conectar un sensor de

temperatura y el convertidor A/D de un microcontrolador, el cual otorga al PIC

16F877A el valor de la temperatura del liquido donde esta sumergido, y que

finalmente va conectado al PLC, y a la vez la programación en el micro

controlador 16F877A.

II.- Objetivos concretos del proyecto.

Desarrollar un transductor de temperatura con un sensor PT100, para

censar la temperatura en el Sub-proceso de Control de Temperatura.

Desarrollar la comunicación entre el sensor y el PLC mediante un

Microcontrolador.

III.- Descripción de la solución propuesta y sus funcionalidades

DIAGRAMA DE BLOQUES

IV.- Aportes del proyecto (científicos, ingenieriles (obligatorio),

Tecnológicos, sociales, ecológicos, etc.).

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SENSOR DE

TEMPERATURA

RESISTENCIA

SALIDA

DEL RELE

PIC16F877A

DISPLAY

PLC

Page 3: Informe Practica 2

En el plano ingenieril, el módulo será controlado mediante un PLC.

El aporte social, enfocado hacia el plano educativo específicamente al

ámbito universitario.

El aporte tecnológico, el uso del PLC para el control, con el uso del

software Visual Basic se realizará la comunicación PLC-PC.

Aporte ecológico, se usa agua potable y a la vez esta rotara por todo el

proceso sin ser cambiada

V.- Cronograma semanal de desarrollo del proyecto indicando lo

Avanzado (desde el examen parcial) y las actividades pendientes para

Proyecto de Ingeniería 1.

SEMANA RANGO DE FECHAS ACTIVIDAD

semana 1 02/08/10 - 08/08/10 Elección de Proyecto

semana 2 09/08/10 - 15/08/10 Investigación viabilidad del proyecto

semana 3 16/08/10 - 22/08/10Levantamiento de información del modulo, informe de estado del módulo actual

semana 4 23/08/10 - 29/08/10 Investigación de los temas involucrados en el proyecto

semana 5 30/08/10 - 05/09/10 Preparación del informe para la práctica 1

semana 6 06/09/10 - 12/09/10 Sustentación de la Práctica1

semana 7 13/09/10 - 19/09/10 Evaluación de Dispositivos Útiles del módulo

semana 8 20/09/10 - 26/09/10levantamiento de Observaciones y preparación para el examen parcial

semana 9 27/09/10 - 03/10/10 Sustentación del Examen Parcial

semana 10 04/10/10 - 10/10/10 Limpieza y preparación del módulo a utilizar

semana 11 11/10/10 - 17/10/10 Implementación de transductor para el PT 100

semana 12 18/10/10 - 24/10/10Preparación del modulo, Reparación de tuberías y Válvulas manuales a utilizar

semana 13 25/10/10 - 31/10/10 Preparación del informe para la Práctica 2

semana 14 01/11/10 - 07/11/10 Sustentación de la Práctica 2

semana 15 08/11/10 - 14/11/11 Implementación de Tuberías, válvulas manuales sobre el módulo.

semana 16 15/11/10 - 21/11/10 Preparación del informe para el Examen Final

semana 17 22/11/10 - 28/11/10 Sustentación de Examen Final

VI.- Descripción del Producto Final de Proyecto de Ingeniería 1

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Page 4: Informe Practica 2

El objetivo final para este ciclo académico es el desarrollo total del subproceso

de control de temperatura, como la habilitación de las conexiones del flujo de

agua como el de los tanques, bombas y válvulas (manuales) situadas en sus

respectivos lugares.

VII.- Avances del Proyecto.

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Page 5: Informe Practica 2

5.1 Avances del proyecto:

Avance 01: subsanación de observación del jurado Ing. Salomón Luque

a. Objetivo:

Informar sobre los módulos existentes realizados en la Universidad de San

Martin de Porres.

b. Informes:

LEVEL CONTROL – LEMON JUICE

Funcionamiento:

El proceso a realizar consiste en mostrar la mezcla de 2 componentes

diferentes en un tanque final, que en este caso será agua azucarada y

limón, los cuales se encuentran en dos tanques diferentes.

El tanque que contiene el agua azucarada posee un tanque que lo alimenta,

este tanque es controlado en su nivel alto y bajo, teniendo a la entrada de

éste una válvula proveniente del tanque de alimentación. El loop de control

sigue la siguiente secuencia: el electrodo de nivel bajo siempre estará

detectando líquido y servirá más que todo de seguridad, cuando el electrodo

de nivel alto no detecta agua abre la válvula de alimentación para que este

tanque tenga el liquido correspondiente, una vez que este electrodo detecta

líquido el controlador enviará la señal de cierre a la válvula.

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TANK 1: SUGAR WATER TANK1 SUGAR WATER: HIGH LEVEL

Page 6: Informe Practica 2

Los tanques de agua azucarada y limón poseen dos válvulas de salida

respectivamente, lo cual hace que cuando inicie el proceso con el PLC

(pulsador) abran estas válvulas y llene el tanque donde se producirá la

mezcla (lemon juice). En este tanque se controla nivel alto y bajo haciendo

que cuando el PLC detecte estos dos niveles cierren las válvulas y empiece

el proceso de mezclado activando un motor que servirá para girar una

paleta, luego de un tiempo transcurrido (timer) programado en él se apagará

el mezclador y activará la válvula de salida de este, una vez que el PLC ya

no detecte nivel bajo en este tanque, por medio de un sensor capacitivo,

hará que la válvula de salida cierre, finalmente el proceso iniciará el

nuevamente.

TANK 3: BLEND – LEMON JUICE: LOW LEVEL.

TANK 3: BLEND – LEMON JUICE:

HIGH LEVEL

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ESQUEMA GRÁFICO Y MATERIALES

Los materiales empleados para la realización del proyecto, mostrado en el

siguiente esquema gráfico, se enumeran a continuación:

Materiales Utilizados

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1 PLC Siemens Simatic S7-200 CPU 224

1 Controlador de Nivel

2 Electrodos

1 Transformador 220/24 VAC

1 Transformador 220/110 VAC

2 Sensores Capacitivos

4 Válvulas Solenoides

Módulo de Nivel, Presión, Flujo y Temperatura

El módulo didáctico, que a continuación se presenta, es utilizado para

implementar una Serie de sistemas, donde se puede controlar: nivel, presión,

flujo, temperatura. Similar al modulo industrial de la escuela de ingeniería

electrónica, pero con diferencia que este modulo cuenta con una válvula

neumática proporcional la cual regula y controla el caudal del liquido, además

cuenta con un flujómetro (rotativo).

MATERIALES UTILIZADOS:

nombre descripción uso cantidad

PLC Especificación: PLC nano SIEMENS Controlar el proceso 1sensor de temperatura PT100

PT-100 (sensor de temperatura basado en La variación de la resistencia de un conductor con la temperatura)

censar la temperatura del tanque

1

sensor de nivel sensor de nivel por electrodos censar el nivel del tanque 1

sensor de presiónsensor piezorresistivo esta en contacto con un fluido hidráulico

censar la presión del tanque

1

sensor de flujo flujómetro rotativo censar el flujo 1

presostatoabre o cierra un circuito eléctrico dependiendo de la lectura de presión de un fluido

interruptor de presión 1

motobomba motor de succión de 1/2 de HP a 220 Vcasucciona e impulsa el liquido en modulo

1

válvula actuadora válvula proporcionalválvula que controla el flujo de liquido

1

resistencia eléctrica

potencia de 1500Wpara calentar el liquido del tanque

1

válvula de drenaje válvulas manuales para drenar el liquido 7

válvula check válvula de seguridad evita el retorno del liquido 1

válvula de alivio válvula de seguridaddeja drenar el liquido a una presión determinada

1

DIAGRAMA GENERAL:

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Sensor de Presion(2)

Sensor de Nivel (1.1) Sensor de Temperatura (3)

Medidor de Caudal

Válvula Actuadora

Presostato PR-01

Motobomba

Sensores de Nivel LT-01 (1.2)Tanque de succión TQ-01

Resistencia Eléctrica 1500W R-01

Válvula de alivio

Manómetro

Válvula check

Válvula cebadora

Válvula de Drenaje

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c. Comentarios y conclusiones respecto al avance y resultados

obtenidos.

Se encontró diferentes aplicaciones realizadas sobre el módulo de

control.

Existen otros módulos que realizan el censado de las mismas variables

de control en la universidad.

Con la ayuda de la información obtenida, se desarrollara un módulo con

mejores prestaciones.

Avance 02: Subsanación de Observaciones del jurado Ing. Juan Puerta

Arce:

a. Objetivos:

Mejorar el desarrollo del proyecto.

b. Sustento y Criterio:

- Justificar mejor algunos aspectos como la automatización e

intervención del alumno en el manejo del módulo.

El módulo inicialmente estará automatizado para cumplir un proceso

específico servirá para demostración en la universidad, como ejemplo del

manejo de la carrera de ingeniería Electrónica en el área de Control

Industrial.

Las actividades que realizará el alumno sobre el módulo, aún están en

desarrollo puesto que con las observaciones que se recibe de nuestros

profesores, se van archivando nuevas ideas, las cuales al final se decidirán

por las mejores para ofrecer un buen rol de actividades.

- Implementar un manual

Se implementará un manual de las características técnicas del módulo a

desarrollar, indicando lo que hará y las limitaciones del mismo, como

también aspectos técnicos, y actividades a realizar según guía de

actividades para el estudiante.

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Se tiene en cuenta que la interactividad con el módulo es vital, se

presentarán los objetivos principales que se va a enseñar, la información

sobre lo que se realizará, se ofrecerán ejercicios de práctica y repaso, y por

último se prueba al estudiante para constatar el logro de los objetivos

planteados.

- Hacer que el alumno intervenga mas en el manejo de modulo.

Estos aspectos de intervención del alumno en el modulo se irá trabajando

mientras se desarrolle el modulo, según las propuestas ya realizadas el

alumno podrá manipular la programación del PLC, como también podrá

resolver algunos problemas de interferencia en el módulo.

- ¿Cuál cree usted que es el principal aporte de su proyecto?

El principal aporte del proyecto es la interacción que el alumno tendrá con

el modulo para resolver problemas usando la teoría aprendida en clase

específicamente en los cursos de control, ingeniería de control, control

digital. Como también la nueva tecnología usada en la universidad como la

programación y conexión del PLC y la programación sobre el software

Visual Basic.

- ¿Automático? ¿el modulo va poder programar el PLC?

Automático para demostraciones. Se podrá programar cualquiera de los 2

sub procesos existentes en el módulo o como también todo el proceso de

control.

c. Comentarios y conclusiones respecto al avance y resultados

obtenidos.

Se concreto la idea de desarrollar un manual de uso al final del proyecto

Se realizara guías de laboratorio para el desarrollo de las actividades sobre

el módulo.

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Avance 04: Subsanación de Observación del jurado Ing. Jorge López:

a. Objetivos:

Investigar sobre interferencias en el módulo.

Investigar sobre Otros modos de control sobre el Módulo.

b. Sustento y Criterio:

- Verificar bien el precio del gasto

Gasto por materiales: 2,356.00

Mano de obra: 500.00

Costo total: 2,856.00

Margen: 30%

Costo de venta: 4,080.00 (2856/(1-30%))

Redondeo: S/. 4,100.00 Nuevos Soles

- Añadir interferencia para control PID

Existen 2 tipos de interferencias:

Control de procesos: (se llaman perturbaciones):

Las perturbaciones del proceso, son aquellas que afectan el control del

proceso. Dan siempre fluctuaciones en la señal de salida del proceso, no

importando si el sistema está realimentado o no. Normalmente es una tarea

primordial del sistema de control el que los disturbios tengan tan poco

efecto negativo como sea posible en la señal de salida. Con respecto a su

punto de influencia, pueden entrar en ciertas partes del proceso.

Para el subsistema de control de temperatura: añadir un ventilador el cual

interfiera la medición de temperatura en el tanque de agua.

Para el sub-sistema de dosificación: añadir una válvula mariposa (simular

una fuga), el cual interfiera en las medidas de nivel del liquido en el tanque.

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Control lógico:

Se puede simular fallas directamente con el PLC.

Por ejemplo detener la planta en cierto punto, el cual el estudiante tenga

que apoyarse del sistema SCADA del computador y buscar la falla en la

mini planta.

- Añadir opción otro tipo de control (analógico, digital, software)

Todos los sensores y actuadores irán directamente a una caja de paso

antes de pasar a interactuar con el PLC, este tendrá una llave el cual

permitirá el modo de uso es decir, por defecto, se usará solamente con el

PLC, pero para esto se tendrá que girar la llave para habilitar los sensores

y actuadores.

Avance 05: Limpieza y preparación del módulo a utilizar:

a. Objetivos:

Prepara el módulo para la implementación.

Selección de componentes útiles existentes en el módulo.

b. Sustento y Criterio:

Se encontraron los siguientes componentes en el módulo:

02 Bombas de Agua Servible

05 Válvulas Solenoides Revisar o cambiar parte mecánica

01 Motor 110 VAC Servible

01 Componentes Electrónicos Algunos Servibles

Se realizó la limpieza de tanques y la extracción de tuberías dañadas, el

desmontaje de todo el cableado, como también la limpieza de todo el

módulo. A continuación una foto antes y después del trabajo desarrollado.

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Avance 06: Subsanación de Observaciones Dr. Guillermo Kemper

a. Objetivos:

Mejora de la presentación del proyecto de Ingeniería 1

b. Sustento:

2.2.- Definición del Problema

Dentro de la escuela profesional de Electrónica en la Universidad de San

Martin de Porres, se necesita un módulo de control industrial, puesto que

los estudiantes de la escuela, no cuentan con un sistema físico el cual

afianzar mejor las teorías aprendidas en clase. Es por este motivo que el

resultado de este proyecto es la implementación de un módulo de control

industrial que tendrá la capacidad de censar 4 variables de control

industrial, permitirá supervisar estas variables por una PC, y permitirá

interactuar a los estudiantes. De esta manera los estudiantes de la escuela

de electrónica, podrán afianzar mejor las teorías aprendidas en clase y

practicarlas sobre el módulo. Este módulo también será demostrativo, para

eventos organizados por la universidad, por ejemplo el Open House.

En el desarrollo del proceso del módulo se contará con diferentes

tecnologías, como el manejo y uso del controlador programado PLC, y el

sistema SCADA desarrollado en el software Visual Basic. Para la

realización del proyecto se presentan diferentes problemas como, el

acondicionamiento de la señal proporcionada por el sensor y que tendrá

como destino el controlador programable PLC, se utilizara circuitos de

protección de electrónica de potencia para separar la parte de control de la

de potencia, Microcontroladores PIC y OPAM para realizar el

acondicionamiento de la señal y la digitalización de la misma. Otro

problema que se presentara, es la realización del sistema SCADA para

supervisión por la PC, el software que se utilizará es el Visual Basic, las

señales las tomará del puerto RS-232 del PLC, y se creará un sistema

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Page 15: Informe Practica 2

OPC para realizar la comunicación de ambos equipos. Y al final, la

sincronización de todos los sensores de acuerdo a lo programado en el

PLC.

4.1.2.- Proceso a realizar:

El proceso industrial a desarrollar se centra en el control de tanques de

líquidos, en este proceso el líquido circulará por todo el módulo una y otra

vez. El proceso se realizará con agua potable, ya que estas variables de

Control, pueden ser fácilmente aplicables al agua o cualquier otro líquido,

ya que si se utilizara otro proceso donde controlar estas variables,

incrementaría el costo final y lo deseado es la reducción de los mismos.

Tanque 1(inicio del proceso): este abastece al tanque 2, mediante la

bomba de agua 1, ubicada debajo de este tanque. También es la última

etapa del proceso, pues el líquido regresará a la posición inicial.

Tanque 2 (subproceso de Temperatura): una vez culminado el llenado del

tanque, el sensor de nivel dará la orden de parada del mismo, para seguir

con el siguiente proceso. La resistencia calentará el agua hasta una

temperatura establecida, el cual se censará por una termocupla PT-100.

Una vez llegada a la temperatura deseada, se preparará el líquido para el

siguiente proceso.

Tanque 3 y 4: en esta etapa estos dos tanques simularán ser dos

ingredientes diferentes, los cuales se usarán en el siguiente proceso, el

llenado de tanques se controlará mediante un sensor de presión ubicado

por cada tanque.

Tanque 5 (subproceso de Dosificación): en este tanque se realizará el

proceso de dosificación y mezcla, se abastecerá por los tanques 3 y 4, una

dosis establecida en el controlador, luego se procede a mezclar por un

tiempo fijado. Al final el líquido regresará al tanque número 1 para repetir el

proceso.

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0v 0vVf/R1

Vf/R2

Vx = -Rpt100/R1 * Vf

Rpt100/(R1*R3) * Vf

Avance 07: Implementación de Transductor de Temperatura con PT-100

a. Objetivos:

Desarrollar medidor de temperatura para censar la temperatura existente

en el tanque de agua.

b. Sustento Teórico:

En primer lugar usando la teoría de amplificadores operacionales, ubicamos los puntos de tierra o 0v.Luego Hallamos la corriente que circula por las resistencias R1 y Rpt100:

V=I x RVf=Io x R1 IR1= VfR1

Con la corriente Io hallada, ahora hallaremos el voltaje en el nodo, Vx:

0−Vx= VfR1xRpt 100

Vx=−VfR1

x Rpt 100

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Hallamos ahora la corriente en R2:

V=I x RVf=IR2 x R2 IR2= VfR2

Como también la corriente en R3:

0−Vx=IR3 x R3

IR3= Rpt 100R1 x R3

x Vf

Aplicando la ley de corrientes de kirchhoff, hallamos la corriente restante:

I o=IR2−IR3

Io= VfR2

− Rpt 100R1x R3

xVf

Lo que se quiere hallar es el voltaje de salida Vs, entonces:

Vs=−Io x R 4

Vs=R4 x Vf x ( Rpt 100R1 x R3

− 1R2

)

c. Criterios de diseño aplicados:

Debido a que el sensor de temperatura es un RTD, se opto por

desarrollar un puente wheatstone, pues este actúa variando su

resistencia de acuerdo a la temperatura que este censando según tabla.

Se utilizó la teoría de amplificadores operacionales para amplificar y

acondicionar la señal proveniente del sensor Pt-100.

Se utilizó la programación de un PIC para convertir la señal de Analógico

a Digital, para que el PLC pueda desarrollar las tareas a programas.

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d. Implementación.

e. Mediciones

Vf Vs R1 R2 R3 Rpt1005 5 470 470 100 0

138.5R41220.77922

f. Comentarios y conclusiones respecto al avance y resultados obtenidos.

Se desarrollo el transductor de Pt100 a Microcontrolador.

Para desarrollar el circuito acondicionador se necesitaron

potenciómetros de precisión, así como resistencias de bajo valor para

reducir el error porcentual que vienen por defecto.

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Se utilizo los conocimientos desarrollados en Arquitectura de

computadores II para el desarrollo de la programación en el

microcontrolador.

Los resultados obtenidos en la simulación en Proteus, muestran la

veracidad de las formulas matematices obtenidas al desarrollar el

cálculo.

VIII.- Informe financiero y económico: Incluir los bienes, servicios, materiales y componentes utilizados y adquiridos hasta la fecha. Incluir también los que aún falta por adquirir con las debidas indicaciones.

nombre descripción uso cantidadCosto

unitarioCosto total

Proveedor Nacional / Extranjero

Termocupla PT-100

Sensor de Temperatura

Censar temperatura del tanque 2

1 150.00 150.00 CICE SAC Nacional

Sensor de Contacto

Sensor del tipo ON-OFF

Sensor de Nivel para cada uno de los tanques

3 5.00 15.00Válvulas Neumáticas Lima Nacional

Sensor de Presión FPM07PG

Circuito integrado especialmente para medir presión

Censado de Presión para tanques 3 y 4

2 6.00 12.00SingapurElectronics

Nacional

Válvulas Solenoides

Válvulas solenoides de tipo Encendido-Apagado

Abrir y cerrar flujo de agua

6 88.00 528.00Válvulas Neumáticas Lima Nacional

ResistenciaResistencia que emite calor

Para calentar el liquido del tanque 2

1 15.00 15.00BJV Resistencias Eléctricas

Nacional

PLC Siemens s7 200 CPU226

Controlador Programable

Controlador total del Proceso

1 850.00 850.00Mercado Libre Nacional

Válvulas ManualesVálvulas Abierto-Cerrado

Controla el acceso de líquidos de forma manual

2 23.00 46.00Válvulas Neumáticas Lima Nacional

Componentes PVC (Tubos, Codos, Ts)

Armado de conexiones de paso del liquido

1 50.00 50.00 SODYMAC Nacional

Componentes Electrónicos(Resistencias, Capacitores, Microcontroladores, opamp)

Armado de circuitos acondicionadores de señal y otros

1 300.00 300.00Singapur Electronics Nacional

Varios(teflón, pintura, masilla, pernos, clavos, etc)

Componentes varios

1 50.00 50.00 SODYMACNacional

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Page 20: Informe Practica 2

TOTAL: S/. 2,016.00

IX.- Conclusiones y comentarios finales.

Los conocimientos empleados en el desarrollo del circuito acondicionar

de señal de temperatura para el cálculo de los valores exacto de las

resistencias y como las múltiples pruebas en el circuito, permitieron

incrementar nuestras habilidades practicas y académicas.

Con el desarrollo del proyecto se está aprendiendo diversas

características de ciertos componentes que serán utilizados en el

proyecto como ahora el PT 100.

Es importante conocer las características del PT100, pues si le damos

un uso indebido podemos dañar dicho sensor y obtener cálculos

inexactos que a la larga pueden dañar el trabajo que se está realizando.

Debemos además de conocer de ciertas formulas y leyes en las que

tengamos que vaciar los datos de medición para obtener resultados

confiables y por consiguiente, un optimo trabajo.

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Page 21: Informe Practica 2

X.- Referencias Bibliográficas.

[1] ‘LEVEL CONTROL – LEMON JUICE’ por: Gamarra Galván, Gytko;

Merino Alvarez, Adriana; Ríos Reyes, Andrés; Rojas Padilla, Tatiana.

[2] Módulo de Nivel, Presión, Flujo y Temperatura, módulo industrial de la

escuela profesional de ingeniería Industrial.

[3] Sensores y Acondicionadores de Señal - Ramón Pallas Areny

[4] Compilador C CCS e Simulador Proteus para Microcontroladores Pic -

Libro de García Breijo, Eduardo Marcombo

[5] Apuntes de Clase Circuitos Electrónicos 3 y Arquitectura de

Computadores 2.

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