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2 Sistema de adquisición de datos

Figura III 2.4: Diseño del sistema de adquisición

Montaje de los acondicionadores

Se comienza con el montaje de los cuatro transductores de presión, los tres acondi-

cionadores de temperatura y el de la célula de carga (se recuerda que el medidor de ujo

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2 Sistema de adquisición de datos

no necesita de acondicionador dado que da una señal de salida digital). Todos estos ele-

mentos tienen dos entradas, la de señal que proviene de los sensores y la de alimentación

que se obtiene de la fuente, y una salida analógica que se conecta al registrador de datos.

A partir de sus hojas de especicaciones técnicas se denen las entradas y salidas de

todos los acondicionadores:

Transductores de presión:

• La entrada de señal en este caso proviene de los sensores de presión medi-

ante tubos PP3, por tanto son necesarios racores de unión entre los trans-

ductores cuyo terminal es una rosca macho de tipo R1/4 y los tubos PP3.

Se adquirieron, por tanto, racores de unión de tipo hembra R1/4-conexión

interna a tubo PP3 (4 mm de diámetro exterior).

• La entrada de alimentación se obtiene mediante un cable positivo (rojo) y

el negativo (negro) que se conectan en los pines 1 y 4 del acondicionador

respectivamente.

• La señal de salida parte de los pines 3 (positivo) y 2 (común) asignándoles,

en ese orden, los colores verde y blanco.

Dado que hay cuatro acondicionadores, estos se numeran para favorecer su identi-

cación (gura III 2.5), haciendo corresponder el número 1 con P3s, 2 con P3t, 3

con P4t y 4 con P5t. En base a esta numeración se hace una marca en los cables de

salida y en los tubos de entrada para facilitar las conexiones con el registrador de

datos y con los sensores.

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2 Sistema de adquisición de datos

Figura III 2.5: Instalación de los transductores de presión

Transductores de temperatura:

• La entrada de señal proviene del termopar mediante una clavija que debe

eliminarse para quedarse con dos cables, el verde (positivo) y el blanco (nega-

tivo).Estos cables se conectan a los terminales G y H de los acondicionadores

respectivamente.

• La entrada de alimentación se conecta a los terminales M (positivo, rojo) y K

(negativo, negro).

• Los cables de salida parten de los terminales A (positivo, amarillo) y C (neg-

ativo, azul).

Al igual que se hizo con los acondicionadores de presión, estos acondicionadores se

numeran (gura III 2.6) y se hace una señal en los cables de salida de forma que el

numero 1 corresponde a T3t, el 2 a T4t y el 3 a T5t.

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2 Sistema de adquisición de datos

Figura III 2.6: Instalación de los transductores de temperatura

Acondicionador de la célula de carga:

• En este caso la conexión de los cables de entrada de señal es un poco más

complicada debido que se trata de la salida de un puente de Wheatstone, por

lo que se remite a lo indicado en la tabla siguiente:

Nombre de la señal polaridad color del cable terminal del acondicionador

sense + azul 5

sense - marrón 3

excitation + verde 6

excitation - negro 4

signal + rojo 10

signal - blanco 9

La información se obtiene a partir de las hojas de especicaciones de la célula

y del acondicionador, la señal signal es la señal de salida de la célula y de

entrada del acondicionador, que será la que se transforme en la señal de salida

que irá al registrador. Las señales excitation y sense son las que alimentan

la célula de carga y le dan una referencia de medida.

• La entrada de alimentación del acondicionador se conecta en los terminales 1

(positivo, rojo) y 2 (negativo, negro).

• La señal de salida proviene de los terminales 7 (positivo, marrón) y 8 (negativo,

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2 Sistema de adquisición de datos

gris).

En la gura III 2.7 se muestra un diagrama de los terminales del acondicionador y

una imagen de su instalación.

Figura III 2.7: Instalación del acondicionador de la célula de carga

Una vez realizadas todas las conexiones de los acondicionadores se pasa a las conexiones

anteriores y posteriores a estos elementos.

En cuanto a las entradas de señal todas provienen de los sensores de forma que ya han

sido descritas. En lo que respecta a la entrada de alimentación, se sabe que todos los

elementos se conectan a la misma fuente por lo que mediante una regleta se unen todos

los cables positivos (rojos) y todos los negativos (negros) sin olvidar los provenientes del

medidor de ujo que también necesita de alimentación. De esta forma quedan dos únicos

cables que serán los que se conecten a la salida de la fuente (gura III 2.8).

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2 Sistema de adquisición de datos

Figura III 2.8: Unión de los cables que proceden de la fuente de alimentación

En lo que se reere a las señales de salida es necesario otro paso antes de que se conecten

al registrador de datos, el paso por los divisores de tensión y corriente diseñados para

acoplar los voltajes de salida a los del registrador (gura III 2.9). Su realización es muy

sencilla, basta con seguir el diseño mostrado en la gura III 2.4. Una vez hecho esto se

tiene dos cables de salida por cada acondicionador, uno a unos 2.5 V y el otro a 0 V.

Antes de dar por cerrado el montaje de los acondicionadores hay que hacer una ultima

anotación sobre el medidor de ujo, según se indica en su hoja de especicaciones es

necesario instalar una resistencia de 1kΩ entre el cable de salida digital (marrón) y el

terminal positivo de alimentación (rojo) como se observa en la gura III 2.10.

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2 Sistema de adquisición de datos

Figura III 2.9: Circuitos de adaptación de voltaje

Montaje del registrador de datos y la fuente de alimentación

Como se ha dicho, en la segunda plancha se encuentra el registrador de datos y la

fuente de alimentación.

Comenzando por esta última, su montaje es muy sencillo, solo tiene dos terminales de

salida (positivo y negativo), entre los que hay 24 V, a los que se conectan los cables rojo y

negro, respectivamente, mencionados en la sección anterior. Por otra parte la fuente tiene

varias chapas para conectar la entrada de la alimentación alterna. En este caso se cuenta

con una instalación de 230-240 V por lo que, según las especicaciones de la fuente, los

cables provenientes de la alimentación de alterna se conectan a los terminales 1 y 4 y se

hace un puente entre los terminales 2 y 3 (gura III 2.11). Evidentemente estos cables

tienen un grosor mayor que los usados hasta el momento al soportar un voltaje mayor.

Los colores elegidos son el marrón y el azul y al tratarse de corriente alterna no puede

distinguirse un cable positivo ni uno negativo.

Tal y como se explicó en el capítulo 2 de la parte II dedicada al diseño del SAD, es

recomendable colocar un circuito de seguridad previo a la conexión de la fuente de ali-

mentación con la corriente alterna. Siguiendo el esquema diseñado, el circuito se muestra

en la gura III 2.12.

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2 Sistema de adquisición de datos

Figura III 2.10: Resistencia del medidor de ujo

También en esta balda se coloca el registrador de datos, al que se conectan todas las

salidas de los acondicionadores mediante la tarjeta de terminales. Como se ha dicho, esta

tarjeta de terminales se conecta mediante un conector hembra DB25 al registrador. En

este caso se hace directamente, aunque sería posible alargar la conexión mediante un

cable para distanciar la placa de terminales del registrador y por tanto del PC.

En la hoja de especicaciones se detalla que la tarjeta de terminales de conexión tiene

entrada para 16 entradas analógicas simples (con su terminal negativo conectado a tierra)

o 8 entradas analógicas diferenciales además de las 4 entradas digitales. Además tiene

entradas para tierras analógicas y digitales siendo muy importante que no se unan las

analógicas con las digitales para no perder precisión en las medidas. Hay que destacar

que todas las tierras analógicas que aparecen en la placa de terminales son la misma,

siendo un único canal del registrador. Lo mismo ocurre con las tierras digitales.

La ventaja de las entradas diferenciales es que resultan más ables en sus medidas

que las entradas simples, la razón es evidente, en una entrada diferencial el registrador

de datos mide el potencial del terminal positivo y negativo y toma como medida la

diferencia de los dos. En una entrada simple, el registrador supone el terminal negativo

a tierra y por tanto a 0 V de forma que toma como medida el potencial del terminal

positivo. En general esto será así dado que cualquier perturbación puede hacer que el

terminal negativo no este exactamente a 0 V de forma que la medida del registrador

estará afectada de un error en el caso de las entradas simples.

La precisión requerida en nuestro sistema de adquisición nos permite perfectamente

conectar las entradas en su modo simple, de forma que podríamos conectar todos los

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2 Sistema de adquisición de datos

Figura III 2.11: Instalación de la fuente de alimentación

cables negativos juntos a una entrada de tierra y ocuparíamos ocho canales del registrador

con los cables positivos de señal y otro canal con las tierras. Sin embargo dado que

actualmente solo contamos con ocho acondicionadores, tenemos entradas sucientes para

conectarlos todos en modo diferencial (de forma que se llenan los 16 canales analógicos)

lo que aumenta la precisión de las medidas así que se opta por esta opción aunque debe

quedar claro que si se adquiriese otro sensor bastaría con cambiar otro a modo simple

para tener un canal libre en el registrador. Por tanto se conectan los ocho sensores con

salida analógica a los canales del registrador y se hace lo mismo con el sensor medidor de

ujo que se conecta directamente a una entrada digital. Las conexiones se hacen según

se indica en el manual y se recoge en el cuadro siguiente. En la primera columna se

hace referencia a la medida tomada, en la segunda al sensor que recoge esta medida, en

la tercera al canal (los canales numerados en la placa de terminales coinciden con los

canales del registrador de datos) y en la tercera se hace mención a la clavija del conector

DB25 (gura III 2.13) que lleva la información hasta el ordenador.

Medida Sensor Canal Clavija

P3s Sensor de P 1 (+) 2 1

Sensor de P 1 (-) 1 14

P3t Sensor de P 2 (+) 4 2

Sensor de P 2 (-) 3 15

P4t Sensor de P 3 (+) 6 3

Sensor de P 3 (-) 5 16

P5t Sensor de P 4 (+) 8 4

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2 Sistema de adquisición de datos

Sensor de P 4 (-) 7 17

Empuje Célula de carga (+) 10 5

Célula de carga (-) 9 18

T3t Sensor de T 1 (+) 12 6

Sensor de T 1 (-) 11 19

T4t Sensor de T 2 (+) 14 7

Sensor de T 2 (-) 13 20

T5t Sensor de T 3 (+) 16 8

Sensor de T 3 (-) 15 21

Flujo de combustible Medidor de ujo D1 23

De esta forma se han conectado todas las señales de salida de los sensores y bastará

con conectar el registrador a un PC mediante el cable USB para obtener los datos en el

ordenador. Las conexiones realizadas se muestran en la gura III 2.14.

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2 Sistema de adquisición de datos

Figura III 2.12: Circuitos de seguridad

Figura III 2.13: Clavijas del conector DB25

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2 Sistema de adquisición de datos

Figura III 2.14: Instalación del registrador y su placa de terminales

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3 Turborreactor

Para nalizar la instalación del banco de ensayos, se detalla, en este capítulo, la insta-

lación de los elementos correspondientes a la gura III 3.1, que ya han sido descritos en

la parte I de descripción del turborreactor.

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3 Turborreactor

Figura III 3.1: Conexiones del turborreactor

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3 Turborreactor

Sistema de combustible

Partiendo del depósito de combustible, el queroseno deberá pasar por un ltro de com-

bustible y posteriormente por el medidor de ujo para llegar a la bomba de combustible

(gura III 3.2). Como se ha mencionado este recorrido se hace mediante tubos PP4 y no

debe exceder los 100 cm en total. Las conexiones del tubo con el ltro y con la bomba de

combustible son externas y se cubren mediante piezas roscadas de plástico mientras que

las conexiones con el medidor de ujo se hacen mediante unos conectores internos como

ya se ha comentado.

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3 Turborreactor

Figura III 3.2: Línea desde el depósito hasta la bomba

Una vez en la bomba de combustible, el uido es impulsado hasta el motor pasando

antes por la válvula de combustible mediante tubos PP3 (gura III 3.3). La longitud

máxima recomendada para esta línea es de 150 cm. Las conexiones entre el tubo y la

válvula son externas y sin recubrimiento mientras que la conexión con la entrada del

motor es interna.

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3 Turborreactor

Figura III 3.3: Línea desde la bomba hasta la entrada del motor

Por comodidad y para disminuir la longitud de tubo necesario, se coloca la bomba de

combustible en una pata de la bancada apoyada sobre una escuadra como se observa en

la gura III 3.4.

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3 Turborreactor

Figura III 3.4: Instalación de la bomba de combustible

Sistema de precalentado

El propano parte de la bombona de propano con presión regulada y llega a la entrada

de gas de la carcasa delantera del motor pasando por la válvula de gas que permite

el control del ujo de gas (gura III 3.5). Las conexiones del tubo con la válvula son

externas mientras que la conexión con la entrada del motor es interna.

Se observa que en la imagen el depósito de propano sólo está indicado. Dada la peligrosi-

dad de un gas a presión, no se ha visto necesario adquirir aún la bombona de propano,

dado que el montaje que dará lugar al encendido del turborreactor, en el que evidente-

mente será necesario el propano, se hará cuando exista una celda de ensayos adecuada

al motor.

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3 Turborreactor

Figura III 3.5: Sistema de precalentado

Sistema de encendido

Su instalación fue especialmente complicada por la falta de información al respecto.

Finalmente, se concluyó que la bujía ya había sido instalada por el fabricante (siendo

por tanto la bujía suministrada que se observa en la gura III 3.6 la de repuesto) y que

se encontraba en una posición de difícil acceso dentro del motor de forma que tenía una

caperuza metálica (gura III 3.7) para facilitar su conexión con la ECU.

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3 Turborreactor

Figura III 3.6: Bujía de repuesto

Figura III 3.7: Caperuza de la bujía

Figura III 3.8: Cable bujía-ECU

Esta conexión se realiza mediante el cable suministrado (gura III 3.8) cuya terminal

roja termina en una punta metálica con un muelle envuelto en una pieza de plástico.

La conexión es por tanto por contacto entre la punta metálica y la caperuza, quedando

sujeta por medio del muelle que aprieta la caperuza contra la pieza de plástico. El terminal

negativo, como se comentó, debe ir conectado a tierra, por lo que se puso la pieza metálica

suministrada apropiada y se conectó a uno de los tornillos de la carcasa delantera del

motor. El resultado se observa en la gura III 3.9.

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3 Turborreactor

Figura III 3.9: Sistema de encendido

Sensor de EGT y de rpm

El sensor de EGT se coloca tal como se indicó en el capítulo ?? de montaje dentro de

la descripción del turborreactor, es decir, se dobla para introducirlo unos 2.5 cm en el

agujero hecho en la tobera para este n y se sujeta pasándolo por la abrazadera delantera

del motor. Una vez hecho esto no hay más que conectarlo a la ECU, mediante la clavija

amarilla que incorpora, para que esté preparado para funcionar (gura III 3.10).

Figura III 3.10: Instalación del sensor de EGT

En cuanto al sensor de rpm, ya está instalado, necesitando sólo conectarse a la ECU.

Además cuenta con un clip de seguridad (amarillo) que se pone en el conector de la ECU

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3 Turborreactor

para evitar su desconexión (gura III 3.11).

Figura III 3.11: Instalación del sensor de rpm

Sistema de control

Con sistema de control nos referimos al conjunto de la caja analógica, la EDT y el PC.

La conexión de estos elementos es muy sencilla, la caja analógica tiene una conexión a la

ECU mediante tres cables que se conectan a los canales de empuje, encendido y telemetría

y tiene otra conexión para la EDT (gura III 3.12) que es la que debe bifurcarse si se

quieren llevar datos al mismo tiempo al PC.

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3 Turborreactor

Figura III 3.12: Conexión caja analógica-EDT-PC

Batería

La batería posee dos terminales, uno para conectarla a la ECU y otro para conectarla al

cargador. Los terminales son iguales de forma que puede conectarse la ECU o el cargador

indistintamente a cada uno de ellos.

En el caso de la conexión al cargador, se hace mediante el cable especial suministrado

por el fabricante con dos terminales de tipo banana. En la gura III 3.13 se observa la

batería enchufada al cargador mediante este cable.

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3 Turborreactor

Figura III 3.13: Batería y cargador

ECU

Para completar la instalación de los elementos que permiten el funcionamiento del

turborreactor se realizan el resto de conexiones que afectan a la ECU.

Las conexiones de los canales de entrada son las destinadas al sensor de EGT (canal

1), al sensor de rpm (canal 2) y a la caja analógica (canal 3, 5 y 6) que ya han sido

descritas. La conexión del interruptor CTF no se utilizará dado que el control del banco

de ensayos se hace mediante una caja analógica.

En cuanto a los canales de salida, corresponden a los cables provenientes de la válvula

de combustible (canal 1), de la bujía (canal 2), de la válvula de gas (canal 3), del motor

de arranque eléctrico (canal 4), de la bomba de combustible (canal 5) y de la batería

(canal 6). Todas estas conexiones son sencillas no necesitando más detalle.

Hay que decir que la ECU se ha situado en una barra de la estructura (gura III 3.14)

aunque al ser uno de los elementos más delicados del banco de ensayos, siendo sensible a

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3 Turborreactor

las cargas de choque y vibraciones, es recomendable adecuar su entorno con espumas u

otros materiales similares antes de poner el turborreactor en funcionamiento.

Figura III 3.14: Instalación de la ECU

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4 Conjunto

Una vez seguidos todos estos pasos se naliza el montaje del banco de ensayos, que

queda como se observa en las guras III 4.1, III 4.2, III 4.3, III 4.4 y III 4.5.

Como se ha descrito, en las baldas de la estructura se ha situado todo el sistema de

adquisición. En concreto, en la balda superior se encuentran los acondicionadores y en la

inferior el registrador y la fuente de alimentación junto con su circuito de seguridad.

En el marco superior se encuentra la célula de carga y sobre ella el turborreactor con

todos sus sensores instalados y conectados al sistema de adquisición y a la ECU del

motor.

Los elementos necesarios para el funcionamiento del turborreactor (válvulas, bomba de

combustible, ECU y batería) se han colocado en las barras delanteras superiores o sobre

la primera balda de la estructura.

Sobre la mesa auxiliar pueden verse claramente los elementos de control del motor

(caja analógica y EDT) y el depósito de combustible.

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4 Conjunto

Figura III 4.1: Vista completa de los elementos del banco de ensayos

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4 Conjunto

Figura III 4.2: Vista lateral delantera

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4 Conjunto

Figura III 4.3: Vista trasera

Figura III 4.4: Vista superior

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4 Conjunto

Figura III 4.5: Vista lateral trasera

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Parte IV

DESARROLLO FUTURO

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1 Puesta a punto

Dado que el proyecto queda abierto a una puesta a punto del turborreactor, que per-

mitirá su puesta en funcionamiento, es necesario hacer ciertos apuntes que favorecerán

este trabajo.

Comenzando con los sensores instalados, en principio son sucientes para conocer la

evolución en el turborreactor, recordando que cuando se realice la instalación en la celda

de ensayos deberán incluirse un termómetro y un barómetro que den las condiciones

ambiente del ensayo (P0 y T0).

Sin embargo, se recomienda estudiar la opción de instalar un sensor de presión P8t que

mejorará el conjunto de medidas. En laboratorios como el de la ETSIA de Madrid, no

sólo se ha instalado este sensor, sino que se trata de un sensor con movimiento de forma

que permite la medición del perl de velocidades a la salida de la tobera (gura IV 1.1).

Figura IV 1.1: Sensor de P8t

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1 Puesta a punto

En cuanto a la temperatura T8t, su valor debe ser igual al obtenido para T5t por lo que

no se ve necesario la colocación de un termopar.

Por otra parte, cabe recordar que existen dos sensores de temperatura T5t y que ambos

son necesarios. Uno de ellos es el que se conecta a la ECU, de forma que permite mantener

el funcionamiento del turborreactor dentro de los límites de temperatura establecidos y

cuya evolución se muestra gracias al programa ECUToolKit V2 de AMT, el otro, es el

termopar que forma parte del sistema de adquisición de datos y permite tener una medida

sincronizada con el resto de sensores.

En cuanto al medidor de ujo de combustible, hay que decir que se supone suciente

su precisión para las medidas que se espera realizar con el banco de ensayos (se recuerda

que se ha tomado un medidor de ujo de 0.5-5 l/min con una precisión del ±3 % sobre la

lectura), sin embargo, hay que notar que en bancos de ensayos similares se usan medidores

de un rango de 0.5-1 l/min.

El ultimo apunte acerca de los sensores es el dedicado al sensor de rpm. Este sensor

también está conectado a la ECU de forma que su evolución se observa por medio del

programa propio del turborreactor y no mediante el programa del sistema de adquisición

de datos. Sin embargo, a la hora de la realización de experimentos con el motor, puede ser

útil tener el valor de las rpm junto con los datos del obtenidos del sistema de adquisición.

Hay varias soluciones para esto, la primera es colocar, al igual que ocurre con el sensor

de T5t, un segundo sensor de rpm que vaya directamente conectado al SAD, esta opción,

sin embargo, no es muy recomendable, dado que requiere el desmontaje de toda la carcasa

delantera del motor y debe colocarse de forma muy precisa para no dañar el turborreactor

ni el propio sensor. La segunda opción, dado que las rpm son una medida controlada

durante el funcionamiento del motor, es introducir una medida simulada en el sistema de

adquisición mediante un voltaje de forma que a efectos del programa pueda tenerse una

medida de rpm para representar junto con el resto de variables, esta opción es la llevada

a cabo en el laboratorio de la ETSIA. Otra opción es hacer una derivación de la señal

que aporta el sensor, de forma que pueda registrarse en la ECU y en el SAD, esta opción

es la más recomendable aunque necesita de ciertos conocimientos de electrónica para su

realización.

En cuanto al montaje realizado, también existen varios puntos que deber ser revisados

antes de la puesta en funcionamiento del motor. Para comenzar, es recomendable soldar

todas las uniones electrónicas, principalmente las de los circuitos divisores de tensión e

intensidad (las uniones a las resistencias), la del sensor de rpm a tierra y las de la fuente

de alimentación, de forma que se aumentará la abilidad del sistema.

143

1 Puesta a punto

Por otro lado, todos los acondicionadores necesitan un reglaje antes de entrar en fun-

cionamiento por lo que se remite a las hojas de características de estos elementos para

realizarlo antes de conectar el sistema.

Por último se recopilan una serie de pasos que ya han sido mencionados a lo largo

de las descripciones de montaje, parte III, pero que son esenciales para la puesta en

funcionamiento del banco de ensayos:

En el caso de incluir un nuevo sensor se deben modicar las conexiones de los sen-

sores al registrador de datos de modo diferencial a modo simple de forma que que-

den canales libres (lo que permitirá incluir hasta 8 sensores más de salida analógica

aparte de los 3 de salida digital con los que ya se cuenta).

Es necesario realizar una unión de la estructura-célula-motor lo sucientemente

rígida para que soporte el empuje máximo del motor y colocar la barra transversal

suplementaria.

Se deben jar las patas de la estructura al suelo o usar un peso grande como

sujeción.

Hay que colocar un depósito de combustible (con combustible mezclado con aceite)

y otro de propano con una válvula reguladora de presión, siguiendo las pautas

indicadas en cuanto a su posición y a la longitud de cable máximo entre elementos.

Es recomendable colocar la ECU en un material absorbente de choques.

Una vez seguidas todas estas pautas se puede pasar al funcionamiento del turborreactor,

asegurándose antes de que la batería de la ECU y EDT del motor está cargada. Para

comenzar basta con cambiar la posición del interruptor de la batería. De esta forma se

podrá operar el motor por medio de la caja analógica y observando las informaciones

aportadas por la EDT y el timbre de la ECU. Se remite al capitulo 4 de la parte I donde

se describe la operación del turborreactor (encendido, uso y apagado).

En el caso de desear operar el motor mediante el programa de ordenador ECU ToolKit

V2 de AMT hay que conectar el puerto proveniente de la ECU al PC. Se recuerda que

para realizar esta conexión es necesario realizar una derivación del cable de telemetría

que va desde la ECU hasta la EDT.

En cuanto a la adquisición de los datos de temperatura, presión y ujo de combustible

se debe instalar un ordenador con el software apropiado (Daisylab o Labview junto con

el software propio del registrador Pico Technology) y conectarle el USB proveniente

del registrador de datos para obtener las medidas. Es tarea del operario del banco de

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1 Puesta a punto

ensayos el manejo de estos programas de ordenador. Para registrar los datos, es también

necesario, conectar el enchufe de la fuente de alimentación del sistema de adquisición a la

corriente alterna. Hay que decir que se ha dotado a este circuito de un interruptor general

y un diferencial y no se ha estimado necesario colocar un interruptor de emergencia

al suponerse que la propia celda de ensayos estará acondicionada con un circuito de

seguridad, sin embargo sería aconsejable comprobar estas condiciones antes de conectar

el sistema.

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