Informe de Laboratorio de Ciencias de Materiales

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA DE MECÁNICA LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES

INFORME DE LABORATORIO DE CIENCIAS DE MATERIALES ÁREA DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍAS

Ensayo De Medición De Deformaciones En Pórtico Con Cintas Extenciométricas

Christian Carvajal Hernández 6AM 17 de Mayo del 2014

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OBJETIVO GENERAL Realizar mediciones eléctricas de magnitudes mecánicas, a través de la aplicación cintas extensométricas sobre una estructura con variaciones de cargas.

1.1. OBJETIVOS ESPECIFICOS 

Analizar y revisar el esfuerzo axial a un número determinado de barras sometidas en el pórtico a diferentes tipos de carga.



Realizar y verificar mediciones de deformaciones unitarias por medio de las cintas extensométricas (strain gages).

1. MARCO TEÓRICO 1.1.

CINTAS EXTENCIOMÉTRICAS.

Son dispositivos que varían su resistencia eléctrica al deformarse. Es un sensor, para medir la deformación, presión, carga, torque, posición, que está basado en el efecto piezo resistivo, y van unidos a la pieza cuya deformación se quiere medir. Las variaciones de resistencia que se producen se determinan en un puente de Wheatstone, utilizando el método directo, esto es, midiendo la diferencia de potencial en los bornes de salida del puente, una vez amplificada. Instrunet Mundial, es un programa de aplicación gratuita. Gestiona, controla y opera el sistema de Instrunet. Se digitaliza a largo formas de onda continua, carretes en el disco, considera que las formas de onda de entrada en tiempo real y permite la adquisición posterior de visión-muy similar a un osciloscopio o un registrador de cinta. Instrunet Mundial proporciona un entorno de hoja de cálculo donde se puede ver y ajustar los parámetros del canal, tales como tipo de sensor, el tiempo de integración, analógico y el filtro digital. Cada canal tiene su propia fila en la hoja de cálculo, con las distintas opciones en las columnas.

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Características Tomando como referencia la definición anteriormente mencionada respecto a la galga extensometrica decimos, una galga colocada sobre una estructura rígida posibilita que una deformación sufrida por la misma pueda ser medida a través de resistencia eléctrica

a) Sin aplicar fuerza: resistencia nominal. b) Estiramiento: la resistencia aumenta. c) Compresión: la resistencia disminuye.

Sensibilidad del extensometro a la temperatura. Una variación de temperatura da una variación relativa de resistencia R. debido a que el material conductor varía su resistividad con la temperatura.

Técnicas de compensación.  A través de un circuito en puente de Wheatstone. Ligamiento de materiales que poseen tengan una despreciable variación de resistencia con la temperatura.

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Tipos de Extensómetros. Extensómetros de alambre. Extensómetros de lamina. Extensómetros semiconductores. Los materiales que suelen utilizarse para fabricar galgas son aleaciones metálicas, como por ejemplo constantán, nicrón o elementos semiconductores como por ejemplo el silicio y el germanio.

Ventajas. 

Tamaño reducido.

  Linealidad.





Baja resistencia de salida.



Pueden ser alimentadas con corriente continua o corriente alterna



Tienen una excelente respuesta en frecuencia



Pueden utilizarse para medidas estáticas y dinámicas



No son influidas por los campos magnéticos.



Compensación de temperatura relativamente fácil, al instalar dos galgas idénticas en brazos adyacentes elimina los efectos de temperatura en la galga medidora, ya que al tener dos galgas, si se mide la diferencia de resistencia entre ambas, ya se descuenta con ello el efecto de la temperatura.

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Desventajas 

La señal de salida es débil.



Pequeño movimiento de la galga.



Son afectadas por muchos factores de variación en condiciones ambientales.



La galga es ultra sensible a las vibraciones.



Con el tiempo la galga puede perder adhesión al espécimen de prueba.



Para umbrales pequeños la técnica de construcción es cara.



Se ven afectadas por el cambio de temperatura.



Son afectadas por la presencia de ruido térmico que establece un mínimo para la variación de resistencia detectable.



Son poco estables.



El esfuerzo aplicado no debe llevar a la galga fuera del margen elástico



Se necesita una buena adhesión al objeto, para que la medida de la deformación sea correcta.



Un incremento en la temperatura tiene como consecuencia una variación de la resistencia aún sin aplicar ningún esfuerzo.



Coeficiente de dilatación de la galga parecido al del soporte para evitar tensiones mecánicas.



Autocalentamiento de la galga por la disipación de potencia de alimentación.

1.2.

LEY DE HOOKE.

La denominada Ley de Hooke constituye la base de la Resistencia de Materiales y es válida dentro de lo que se denomina régimen lineal elástico. Esta ley establece que si la tensión normal σ se mantiene por debajo de un cierto valor σ p, llamado

tensión de proporcionalidad, las deformaciones específicas y las tensiones son directamente proporcionales.

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σ=E.ε

E: Recibe el nombre de Módulo de Elasticidad Longitudinal, o módulo de Young. El valor de E es una característica de cada material.

2.3. Módulo de elasticidad longitudinal (E) Consideremos una barra de longitud inicial L sometida a la acción de fuerzas axiales. Esta pieza por acción de la fuerza sufre un alargamiento ∆L , si esta en

tracción como se muestra en la fig. 1

La relación ∆L/L, deformación especifica unitaria, la identificamos con

 Admitiendo

para el 



material el

cumplimiento de la

la tensión σ =  () será proporcional a la deformación

ley de

ε.

Hooke,

ε

Donde:

P= fuerza ejercida sobre la barra y A el Área de la sección transversal La constante E, llamada módulo de elasticidad longitudinal, es también conocida como módulo de Young.

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2. MATERIAL Y EQUIPOS. 

Pórtico de ensayo para medir deformaciones con las cintas extensométricas instaladas.



Amplificador digital iNet 100.



Puente de Wheatstone.



Diferentes Pesas.



Computador Portátil.

3. PROCEDIMIENTO. 

Introducción método de medición



Reconocimiento del equipo



Abrir programa InstruNet.



Realizar la programación para cada canal ocupando la cinta extensiométrica



Calibrar balanzas



Colocar los diferentes pesos



Recolectar todas las mediciones con sus errores y los resultados con sus debidos márgenes de error.

4. ANALISIS DE RESULTADOS 4.1.

TABLA DE DATOS. Los datos obtenidos de las deformaciones unitarias en las 5 barras distribuidas en el pórtico, son tomados automáticamente en el programa InstruNet y guardados en formato Excel.

4.2.

DATOS PARA EL ANÁLISIS DE RESULTADOS.  

A=0.36cm2

(Área de la sección transversal de la barra).

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

E= 2.100.000 kg/cm2



ε = deformación unitaria, datos tomados en centímetros y guardados

(Modulo de elasticidad del acero).

en Excel.

Nota:  se toman 20 valores de deformaciones por cada barra, sacar un promedio y utilizarlo para el cálculo de las fuerzas axiales. ESFUERZOS EN CADA BARRA BARRA 3

BARRA 8

BARRA 18

BARRA 17

BARRA 24

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

σ1

-0,576595684

-3,061599546

-7,803030439

-2,557594371

-8,085377658

σ2

0,55875966

-0,798608889

-7,23487758

-1,142600757

-7,801471929

σ3

0,55875966

-1,364356956

-6,666724721

-1,425599743

-7,233660949

σ4

-1,428111432

-1,081482952

-5,246340902

-2,840592879

-7,233660949

σ5

-1,428111432

-1,930104725

-7,518953771

-3,406589656

-6,665849492

σ6

-0,860434326

-3,061599546

-5,53041757

-4,255584463

-8,937092935

σ7

1,410277019

-0,798608889

-7,803030439

-3,972586194

-8,653188161

σ8

-1,711949835

-2,495852254

-6,666724721

-1,991597117

-11,20833304

σ9

-0,008918142

-3,344472952

-7,803030439

-3,689587686

-9,788808211

σ10

-0,008918142

-2,212978609

-6,666724721

-3,406589656

-9,220998663

σ11

1,694116258

-2,495852254

-6,666724721

-3,123591148

-9,788808211

0kg;

σ12

0,55875966

-0,798608889

-6,950801389

-2,840592879

-8,653188161

0kg)

σ13

-0,292756923

-1,081482952

-5,814494239

-4,821580046

-7,5175662

σ14

1,1264379

-1,364356956

-6,950801389

-4,255584463

-8,653188161

σ15

-0,008918142

-0,798608889

-6,098571384

-3,123591148

-7,5175662

σ16

-0,576595684

-0,798608889

-6,382647575

-3,406589656

-9,788808211

σ17

1,410277019

-1,364356956

-6,098571384

-3,972586194

-9,504903437

σ18

2,545634334

0,050013853

-3,825955173

-1,708598489

-8,085377658

σ19

0,55875966

-1,364356956

-6,950801389

-3,123591148

-6,665849492

σ20

1,410277019

-0,798608889

-8,939335203

-1,991597117

-8,653188161

0,24653742

-1,54822465

-6,68092796

-3,05284124

-8,48284429

SIN CARGA (0kg;

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ESFUERZOS EN CADA BARRA BARRA 3

BARRA 8

BARRA 18

BARRA 17

BARRA 24 CON

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

σ1

-4,928977341

14,16696014

0,412193249

8,189572463 13,18580544

σ2

-6,064330955

15,01564243

4,95753618

9,038585176 12,61799398

σ3

-4,077461176

15,29853589

2,116694532

7,906568226 10,34675006

σ4

-3,793622534

16,14721914

-1,008222353

6,491547992 12,05018252

σ5

-2,942105652

15,86432472

0,412193249

8,189572463 13,46971212

σ6

-4,077461176

15,58142935

3,253030332

8,189572463 13,75361785

σ7

-4,645138461

14,16696014

0,980360045

9,038585176 11,76627679

σ8

-5,212815745

15,86432472

-1,008222353

10,73661347 12,61799398

σ9

-4,077461176

16,43011165

-0,155973263

7,906568226 12,33408825

σ10

-2,658266533

16,71300606

2,684862193

8,755580939 12,61799398 5Kg-10Kg-

σ11

-3,225944533

15,01564243

2,400778362

8,472576701 11,48237106 5Kg

σ12

-3,793622534

15,01564243

1,83261082

8,189572463 13,18580544

σ13

-3,225944533

13,31827975

-0,724139477

9,604594607 13,46971212

σ14

-3,793622534

15,58142935

2,400778362

7,906568226 12,33408825

σ15

-3,793622534

14,73274801

2,684862193

8,472576701 13,46971212

σ16

-2,942105652

15,29853589

1,548527109

10,17060404 10,91456056

σ17

-3,793622534

15,01564243

1,264443637

7,623563988 10,63065579

σ18

-4,645138461

16,71300606

1,264443637

9,321590369 11,76627679

σ19

-4,361300057

16,14721914

-0,440056392

8,755580939 11,48237106

σ20

-3,225944533

18,12747814

1,264443637

9,604594607 10,63065579

-3,96392543

15,5107069

1,30705718

8,62822946

12,2063312

CARGA DE

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA DE MECÁNICA LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES

ESFUERZOS EN CADA BARRA BARRA 3

BARRA 8

BARRA 18

BARRA 17

BARRA 24 CON

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

CARGA DE

σ1

4,85688097 -0,08119112 -2,9166328

σ2

4,57303063 -0,08119112 -6,60975029 -3,72892717 9,64099231

σ3

6,27613267 -1,49559494 -6,32566455 -3,44592437 8,50534552

σ4

5,70843199 -2,06135596 -6,60975029 -3,72892717 10,2088162

σ5

6,27613267 0,20168987 -5,47340733 -2,87991804 7,6536121

σ6

4,85688097 -0,64695288 -3,76889193 -2,03090819 8,22143406

σ7

5,14073131 0,76745206 -3,20071925 -2,59691476 10,2088162

σ8

4,0053309

σ9

6,27613267 1,33321457 -4,90523585 -3,72892717 9,64099231

σ10

4,85688097 1,05033328 -4,33706437 -2,59691476 9,64099231 0Kg-5Kg-

σ11

5,42458165 -0,08119112 -4,62115011 -2,59691476 8,78925698 10Kg

σ12

6,84383383 -0,36407201 -3,20071925 -1,46490127 7,6536121

σ13

4,57303063 -0,08119112 -4,33706437 -2,03090819 8,22143406

σ14

3,72148104 -0,08119112 -5,47340733 -4,29493302 9,64099231

σ15

5,14073131 -0,64695288 -7,46200608 -1,18189763 8,50534552

σ16

5,42458165 0,20168987 -5,47340733 -2,03090819 8,22143406

σ17

2,5860823

-0,64695288 -5,75749307 -0,33288641 8,50534552

σ18

4,0053309

1,61609597 -4,62115011 -2,03090819 8,50534552

σ19

5,14073131 -0,64695288 -4,05297815 -1,74790479 7,93752356

σ20

3,43763141 1,33321457 -5,18932159 -1,18189763 8,22143406

-3,44592437 10,7766391

1,05033328 -8,31426091 -2,87991804 8,50534552

4,95622909 0,03196167 -5,13250375 -2,49786321 8,86023547

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ESFUERZOS EN CADA BARRA BARRA 3

BARRA 8

BARRA 18

BARRA 17

BARRA 24 CON

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

σ1

-9,287755802

1,614749584

-2,512407127

-4,023306292

-27,64388228

σ2

-8,15235253

3,31205174

-0,80791047

-3,740303964

-26,79219278

σ3

-9,003905461

1,33186627

-1,376076341

-4,87231423

-27,35998514

σ4

-7,868500757

2,746283917

-1,376076341

-4,589311425

-28,49556986

σ5

-8,720055121

2,746283917

-0,239744331

-2,891295787

-27,35998514

σ6

-9,287755802

3,029167829

0,044338847

-3,740303964

-28,21167463

σ7

-7,584649461

0,7660997

1,180672285

-3,740303964

-27,07608992

σ8

-5,881539778

3,31205174

-1,376076341

-3,174298593

-29,06336222

σ9

-9,003905461

2,18051681

-3,080571923

-2,891295787

-26,79219278

σ10

-9,855457438

2,746283917

-1,376076341

-4,023306292

-28,21167463

20Kg-0Kg-

σ11

-8,15235253

1,33186627

-0,80791047

-3,457301159

-26,22440043

0Kg

σ12

-9,855457438

3,029167829

-1,944241853

-5,721320258

-25,94050329

σ13

-7,300797688

3,029167829

-0,239744331

-3,174298593

-27,35998514

σ14

-7,868500757

3,594935652

-0,523827475

-4,306309097

-28,49556986

σ15

-10,42315907

1,897633018

-1,944241853

-3,174298593

-28,77946699

σ16

-8,15235253

2,463400244

-3,364654322

-3,457301159

-26,79219278

σ17

-7,868500757

2,746283917

-1,376076341

-2,325289938

-27,64388228

σ18

-7,868500757

3,029167829

-0,80791047

-3,174298593

-27,9277775

σ19

-6,449243324

1,897633018

-2,22832449

-3,174298593

-29,63115458

σ20

-10,13930873

2,18051681

-1,091993465

-3,740303964

-28,21167463

-8,43620256

2,44925639

-1,26244266

-3,66955301

-27,7006608

CARGA DE

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA DE MECÁNICA LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES

ESFUERZOS EN CADA BARRA BARRA 3

BARRA 8

BARRA 18

BARRA 17

BARRA 24 CON

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

σ1

-6,0816584

4,39300075

-11,3097393

-3,44364987

-21,1960509

σ2

-6,36549967

3,82722457

-11,8778888

-3,72665268

-21,479948

σ3

-6,64934189

5,80744274

-12,7301122

-4,00965548

-22,0477423

σ4

-6,93318364

5,24166585

-13,014185

-5,14166575

-21,7638451

σ5

-4,66244728

4,39300075

-11,8778888

-3,72665268

-20,9121557

σ6

-4,37860458

4,67588895

-12,1619636

-3,72665268

-20,0604642

σ7

-6,0816584

4,67588895

-11,3097393

-2,87764402

-22,3316394

σ8

-3,52707743

4,95877716

-11,3097393

-2,3116377

-22,6155365

σ9

-5,79781617

4,95877716

-12,7301122

-2,59464098

-22,0477423

σ10

-4,09476236

4,95877716

-11,0256646

-2,87764402

-22,3316394

0Kg-20Kg-

σ11

-5,23013173

4,67588895

-11,3097393

-4,00965548

-22,6155365

0Kg

σ12

-5,23013173

4,67588895

-12,7301122

-3,44364987

-22,3316394

σ13

-5,23013173

3,26144839

-12,1619636

-1,46262773

-21,1960509

σ14

-4,66244728

4,11011254

-13,5823345

-3,16064707

-21,479948

σ15

-5,79781617

4,11011254

-11,0256646

-2,87764402

-20,9121557

σ16

-5,51397395

3,82722457

-12,1619636

-2,59464098

-21,1960509

σ17

-5,79781617

5,24166585

-11,8778888

-2,3116377

-23,467226

σ18

-6,0816584

2,97856066

-12,4460374

-2,59464098

-24,6028088

σ19

-5,79781617

4,67588895

-12,4460374

-2,02863441

-23,1833289

σ20

-5,51397395

6,93899749

-12,1619636

-3,44364987

-21,479948

-5,47139736

4,61931165

-12,0625369

-3,1181962

-21,9625728

CARGA DE

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA DE MECÁNICA LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES

ESFUERZOS EN CADA BARRA BARRA 3

BARRA 8

BARRA 18

BARRA 17

BARRA 24 CON CARGA

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

σ1

7,260348048

-7,89431931

-4,027860541

0,583925433

36,10306267

σ2

9,531045725

-6,762723024

-3,743783395

1,715968227

38,09042282

σ3

9,247208754

-7,045622692

-4,596013878

-1,397146667

38,3743276

σ4

9,531045725

-6,196924642

-2,607474812

-1,397146667

36,95478845

σ5

8,963370828

-7,045622692

-1,755242778

-0,831126434

36,95478845

σ6

8,679533858

-7,611420597

-3,459706488

-0,265105932

36,38696744

σ7

6,125001119

-7,045622692

-3,175629342

-1,397146667

36,38696744

σ8

7,82802199

-5,631125782

-1,187087531

0,583925433

37,80651041

σ9

8,963370828

-6,762723024

-2,323397428

1,715968227

37,23869322

σ10

8,963370828

-4,499527586

-2,891552197

0,300914898

37,23869322

0Kg-0Kg-

σ11

9,531045725

-5,914025451

-2,891552197

-0,265105932

37,23869322

20Kg

σ12

10,3825595

-7,89431931

-2,323397428

0,866935997

37,80651041

σ13

11,23407233

-6,47982431

-2,607474812

0,583925433

37,80651041

σ14

10,09872062

-5,348226591

-2,323397428

-1,963166602

37,23869322

σ15

9,814883651

-6,196924642

-2,323397428

0,866935997

36,38696744

σ16

10,09872062

-6,47982431

-3,459706488

2,281990191

38,65824001

σ17

11,80174818

-6,47982431

-3,743783395

0,866935997

37,52260563

σ18

9,814883651

-6,762723024

-2,891552197

0,017904453

37,52260563

σ19

10,66639647

-5,348226591

-2,891552197

-0,265105932

36,67087603

σ20

10,95023536

-7,89431931

-2,607474812

0,300914898

38,3743276

9,47427919

-6,56469349

-2,89155184

0,14525972

37,3380626

DE

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA DE MECÁNICA LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES

VISUALIZACIÓN DEL EQUIPO Carga aplicada, (0 kg; 10 kg; 0 kg)

Cálculos  E 



 F   A   

BARRA 3  F 

 E  

 A     F    E    A  e  F 



 F 



-3,35785



10 -7 (0.36cm 2 )  ( 21  10 5

kg  cm 2

0,25 N 

BARRA 8  E 



 F 



 F 

 A     F    E    A  e 2,861  10 -7 (0.36cm 2 )  ( 21  10 5

 F  0,22 N 

BARRA 17

kg  cm 2

)

)

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA DE MECÁNICA LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES

 F 

 E  

 A     F    E    A  e -3,2051  10 -7 (0.36cm 2 )  ( 21  10 5

 F 



 F 



kg  cm 2

)

0,24 N 

BARRA 18  E  

 F 

 A     F    E    A  e  F 



3,6206



10 -6 (0.36cm 2 )  ( 21  10 5

kg 

10 - 6 (0.36cm 2 )  ( 21  10 5

kg 

cm 2

)

 F  2,74 N 

BARRA 24  E  

 F 

 A     F    E    A  e  F 



6,8027



cm 2

)

 F  5,14 N 

5.2 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

Las cintas extensiometricas

son materiales muy precisos para medir

deformación por cargas. 

Debemos recalibrar las cintas extensiometricas cada vez que se haga la experimentación.



La carga máxima que puede soportar las cintas en nuestro caso es solamente de 20kg



Cuando una cinta extensiométricas se deforma más allá del límite de elasticidad no puede recobrar su forma original y da mal las medidas de deformación unitaria.

Recomendaciones

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

Es muy importante que la galga de tensión esté montada correctamente sobre el espécimen de la prueba ya que al conectarse a un sistema computarizado como en la práctica este se vuelve más sensible y su precisión en la medida podría variar.



También se podría decir que es de suma importancia que el strain gage sea apropiadamente montado sobre la pieza para que el esfuerzo sea transferido adecuadamente desde la pieza a través del adhesivo y el material de respaldo hasta la misma grilla metálica.



las galgas extensométricas se dañan muy fácilmente por la proyección de partículas, por lo que es recomendable protegerlas mecánicamente alguna especie de protector una vez aplicadas.

5. ANEXOS

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA DE MECÁNICA LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES

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7. BIBLIOGRAFIA. http://es.wikipedia.org/wiki/Galga_extensiom%C3%A9trica#Ventajas http://urielchoquel.blogspot.com/2009/07/estensometria.html http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lim/tron_p_b/capitulo3.pdf http://infoplc.net/files/documentacion/instrumentacion_deteccion/infoPLC_net_Stra in_Gauge_Measurements_Book_ES.pdf http://www.investigacion.frc.utn.edu.ar/sensores/Tutorial/TECNO2.pdf