maqueta alecop mt-542 temperatura

TRABAJO FIN DE ESTUDIOS

Diseño y desarrollo de planta térmica a escala delaboratorio

Gabriel Sierra Somovilla

PROYECTO FIN DE CARRERA

Tutores: Javier Rico Azagra y Montserrat Gil Martínez

Curso 2011-2012

© El autor© Universidad de La Rioja, Servicio de Publicaciones, 2012

publicaciones.unirioja.esE-mail: [email protected]

Diseño y desarrollo de planta térmica a escala de laboratorio, trabajo fin deestudios

de Gabriel Sierra Somovilla, dirigido por Javier Rico Azagra y Montserrat Gil Martínez(publicado por la Universidad de La Rioja), se difunde bajo una Licencia

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______________________________________________________________________ ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE

INGENIERÍA INDUSTRIAL JUL-12 1

__________________ DISEÑO Y DESARROLLO DE

PLANTA TÉRMICA A ESCALA DE LABORATORIO

Peticionario: Universidad de la Rioja

Informantes: Gabriel Sierra Somovilla

Alumno de Ingeniería Electrónica Industrial

Javier Rico Azagra (Director de Proyecto)

Montserrat Gil Martínez (Directora del Proyecto)

Lugar y Fecha: Logroño a 12 de Julio de 2012

DISEÑO Y DESARROLLO DE PLANTA TÉRMICA A ESCALA DE LABORATORIO

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DISEÑO Y DESARROLLO DE PLANTA TÉRMICA

A ESCALA DE LABORATORIO

ÍNDICE GENERAL

DOCUMENTO Nº1







_________________________________________________________



ÍNDICE GENERAL

MEMORIA

1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 12

1.1 OBJETIVO Y ALCANCE ....................................................................................... 13

1.2 ANTECEDENTES ................................................................................................ 14

1.3 ENUMERACIÓN DE OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................... 16

2. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE PARTIDA ................................................................. 18

2.1 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO ............................................................................... 19

2.1.1 SENSORES ................................................................................................. 19

2.1.2 ACTUADORES ............................................................................................ 21

2.1.3 PANEL FRONTAL ....................................................................................... 24

2.1.4 MÓDULOS ................................................................................................. 27

2.2 ESTUDIO TEÓRICO ............................................................................................ 30

2.2.1 MODOS DE TRANSFERENCIA .................................................................... 30

2.2.2 MODELO SIMPLIFICADO ........................................................................... 39

2.3 ESTUDIO EXPERIMENTAL ................................................................................. 40

2.3.1 CONEXIONADO ......................................................................................... 40

2.3.2 SOFTWARE PARA TIEMPO REAL ............................................................... 42

2.3.3 RESULTADOS ............................................................................................. 44

2.3.4 MODELO LINEAL ....................................................................................... 47

2.3.5 CONCLUSIONES ......................................................................................... 49

3. DESCRIPCIÓN DEL PROTOTIPO ............................................................................... 50

3.1 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO ............................................................................... 50

3.1.1 SENSORES ................................................................................................. 52

3.1.2 ACTUADORES ............................................................................................ 53

3.1.3 MÓDULOS ................................................................................................. 55

4. DISEÑO DE LA ELECTRÓNICA DE CONTROL ............................................................ 59

4.1.1 MEDIDA DE LA TEMPERATURA ................................................................. 60

4.1.2 CONTROL PWM ........................................................................................ 68


_________________________________________________________



4.1.3 TERMOSTATO ........................................................................................... 79

4.1.4 CONTROL DE POTENCIA ........................................................................... 86

4.1.5 ALIMENTACIONES ................................................................................... 102

4.1.6 CONEXIONADO PC .................................................................................. 112

4.1.7 CONEXIONADO EXTERIOR ...................................................................... 115

4.1.8 AMPLIFICACIÓN DE SEÑALES .................................................................. 118

4.2 CONEXIONADO .............................................................................................. 121

4.3 PROBLEMAS ENCONTRADOS ......................................................................... 125

5. MODELADO DEL PROTOTIPO................................................................................ 126

5.1 MODELO MATEMÁTICO ................................................................................. 126

5.2 MODELO EXPERIMENTAL ............................................................................... 129

5.2.1 PRUEBA 1 ................................................................................................ 130

5.2.2 PRUEBA 2 ................................................................................................ 137

5.2.3 PRUEBA 3 ................................................................................................ 139

5.2.4 PRUEBA 4 ................................................................................................ 141

6. CONTROL DEL PROTOTIPO ................................................................................... 143

6.1 CONTROL PI .................................................................................................... 143

6.1.1 PRUEBA 1 ................................................................................................ 144

6.1.2 PRUEBA 2 ................................................................................................ 148

6.2 CONTROL PID ................................................................................................. 150

6.2.1 PRUEBA 1 ................................................................................................ 151

7. CONCLUSIONES ..................................................................................................... 154

ANEXOS

1. ANEXO 1 – ESTUDIO DETALLADO MT542 ............................................................. 157

1.1 DESCRIPCIÓN ................................................................................................. 157

1.2 PRUEBAS EXPERIMENTALES ........................................................................... 163

1.2.1 PRUEBA 1 ................................................................................................ 163

1.2.2 PRUEBA 2 ................................................................................................ 168

1.2.3 PRUEBA 3 ................................................................................................ 179

2. ANEXO 2 - COMPONENTES ................................................................................... 186


_________________________________________________________



2.1 XTR105 ........................................................................................................... 187

2.2 RCV420 ........................................................................................................... 202

2.3 LM35 .............................................................................................................. 212

2.4 TL431 .............................................................................................................. 225

2.5 KBPC 1006 ...................................................................................................... 234

2.6 MCT6 .............................................................................................................. 236

2.7 SSH7N90A ...................................................................................................... 242

2.8 L272 ................................................................................................................ 249

3. ANEXO 3 – MANUAL DE INSTRUCCIONES ............................................................ 258

4. ANEXO 4 – PAPER XXXIII JORNADAS DE AUTOMÁTICA ........................................ 265

PLANOS

1. PLANOS ................................................................................................................. 273

1.1 DISEÑOS ELECTRÓNICOS ................................................................................ 273

1.1.1 TEMPERATURA ....................................................................................... 274

1.1.2 CONTROL PWM ...................................................................................... 276

1.1.3 TERMOSTATO ......................................................................................... 278

1.1.4 CONTROL DE POTENCIA ......................................................................... 280

1.1.5 ALIMENTACIONES ................................................................................... 282

1.1.6 CONEXIONADO PC .................................................................................. 284

1.1.7 CONEXIONADO EXTERIOR ...................................................................... 286

1.1.8 AMPLIFICACIÓN DE SEÑALES .................................................................. 288

1.2 DISEÑO EXTERIOR .......................................................................................... 290

1.2.1 CAJA DE CONEXIONES ............................................................................ 291

1.2.2 CÁMARA ................................................................................................. 294

PLIEGO DE CONDICIONES

2. PLIEGO DE CONDICIONES ..................................................................................... 296

2.1 DISPOSICIONES GENERALES ........................................................................... 296

2.1.1 OBJETO.................................................................................................... 296

2.1.2 CONDICIONES GENERALES ..................................................................... 296


_________________________________________________________



2.1.3 NORMAS, LEYES Y REGLAMENTOS ......................................................... 296

2.2 DEFINICIÓN Y ALCANCE DEL PLIEGO DE CONDICIONES ................................ 298

2.2.1 OBJETO DEL PLIEGO DE CONDICIONES .................................................. 298

2.2.2 DOCUMENTOS QUE DEFINEN LAS OBRAS .............................................. 299

2.2.3 COMPATIBILIDAD ENTRE DOCUMENTOS ............................................... 299

2.3 CONDICIONES FACULTATIVAS ....................................................................... 300

2.3.1 DIRECCIÓN .............................................................................................. 300

2.3.2 LIBRO DE ÓRDENES ................................................................................. 300

2.4 CONDICIONES DE MATERIALES ...................................................................... 301

2.4.1 CONDICIONES TÉCNICAS DE LOS MATERIALES ...................................... 301

2.4.2 CONDICIONES TÉCNICAS DE CIRCUITO IMPRESO .................................. 303

2.5 CONDICIÓN DE EJECUCIÓN Y MONTAJE ........................................................ 304

2.5.1 CONEXIONADO ....................................................................................... 304

2.5.2 CONDICIONES DE FABRICACIÓN DE CIRCUITO IMPRESO ....................... 305

2.6 PRUEBAS Y ENSAYO DE MONTAJES ............................................................... 306

2.7 CONDICIONES DE MANTENIMIENTO ............................................................. 309

2.7.1 CONSERVACIÓN ...................................................................................... 309

2.7.2 INICIALIZACIÓN DEL EQUIPO .................................................................. 309

2.7.3 EXCLUSIVIDAD DEL APARATO ................................................................. 309

2.8 CONDICIONES ECONÓMICAS ......................................................................... 309

2.8.1 ERRORES EN EL PROYECTO ..................................................................... 310

2.8.2 JORNADAS Y SALARIOS ........................................................................... 310

2.9 DISPOSICIÓN FINAL ........................................................................................ 310

PRESUPUESTO

3. PRESUPUESTO ....................................................................................................... 312

3.1 ESTADO DE MEDICIONES ............................................................................... 313

3.2 CUADRO DE PRECIOS ..................................................................................... 318

3.3 PRESUPUESTO PARCIAL DE EJECUCIÓN MATERIAL ....................................... 323

3.4 PRESUPUESTO TOTAL DE EJECUCIÓN MATERIAL .......................................... 329


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ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA 2-1 MAQUETA MT542 ............................................................................................. 18 FIGURA 2-2 TERMOPAR TIPO J ............................................................................................... 19 FIGURA 2-3 PTC ................................................................................................................. 19 FIGURA 2-4 PT100 ............................................................................................................. 20 FIGURA 2-5 RESISTENCIA CALEFACTORA ................................................................................... 21 FIGURA 2-6 CONTROL ON-OFF ............................................................................................. 22 FIGURA 2-7 VENTILADOR 12 V .............................................................................................. 23 FIGURA 2-8 HEMBRILLAS SENSORES ........................................................................................ 24 FIGURA 2-9 HEMBRILLAS ACTUADORES ................................................................................... 25 FIGURA 2-10 TERMÓMETRO DIGITAL ...................................................................................... 26 FIGURA 2-11 DISPLAY .......................................................................................................... 26 FIGURA 2-12 CONDUCCIÓN ELECTRONES ................................................................................. 31 FIGURA 2-13 CONDUCCIÓN PARED PLANA ................................................................................ 32 FIGURA 2-14 CONVECCIÓN ................................................................................................... 34 FIGURA 2-15 RADIACIÓN ...................................................................................................... 36 FIGURA 2-16 MODELO SIMPLIFICADO ..................................................................................... 39 FIGURA 2-18 PCI 6229 ....................................................................................................... 40 FIGURA 2-19 SHB-68 Y SHC68-68-EPM .............................................................................. 41 FIGURA 2-20 MODELO SIMULINK ........................................................................................... 42 FIGURA 2-21 SEÑAL DE CONTROL ........................................................................................... 43 FIGURA 2-22 SALIDA TEMPERATURA ....................................................................................... 44 FIGURA 2-23 FILTRADO DE SEÑAL ........................................................................................... 45 FIGURA 2-24 NIVELADO ....................................................................................................... 45 FIGURA 2-25 RECORTE ......................................................................................................... 46 FIGURA 2-26 SEÑAL DE CONTROL RECORTADA Y NIVELADA .......................................................... 46 FIGURA 2-27 INTERFACE APLICACIÓN IDENT ........................................................................... 47 FIGURA 2-28 FUNCIÓN IDENT ................................................................................................ 47 FIGURA 3-1 CALEFACTOR ...................................................................................................... 53 FIGURA 3-2 VENTILADOR 24 V .............................................................................................. 54 FIGURA 3-3 CAJA DE CONEXIONES .......................................................................................... 55 FIGURA 3-4 PANEL FRONTAL ................................................................................................. 56 FIGURA 3-5 PANEL POSTERIOR ............................................................................................... 57 FIGURA 3-6 CÁMARA ........................................................................................................... 58 FIGURA 4-1 PUENTE DE WHEATSTONE .................................................................................... 60 FIGURA 4-2 DIAGRAMA DE BLOQUES XTR105 .......................................................................... 62 FIGURA 4-3 DIAGRAMA DE BLOQUES RCV420 ......................................................................... 63 FIGURA 4-4 CONEXIONADO XTR105 ...................................................................................... 64 FIGURA 4-5 CONEXIONADO RCV420 ...................................................................................... 65 FIGURA 4-6 ESQUEMA CIRCUITO DE TEMPERATURA ................................................................... 65 FIGURA 4-7 LAYOUT CIRCUITO DE TEMPERATURA ...................................................................... 66 FIGURA 4-8 VISUALIZACIÓN 3D CIRCUITO DE TEMPERATURA ....................................................... 67


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FIGURA 4-9 FOTO REAL CIRCUITO DE TEMPERATURA.................................................................. 67 FIGURA 4-10 SEÑAL TRIANGULAR ........................................................................................... 69 FIGURA 4-11 SEÑAL DIENTES DE SIERRA .................................................................................. 69 FIGURA 4-12 GENERACIÓN DE SEÑAL TRIANGULAR .................................................................... 71 FIGURA 4-13 ETAPA 1 AMPLIFICACIÓN .................................................................................... 72 FIGURA 4-14 ETAPA 2 AMPLIFICACIÓN .................................................................................... 73 FIGURA 4-15 REDUCCIÓN DE POTENCIA ................................................................................... 74 FIGURA 4-16 COMPARACIÓN DE SEÑALES ................................................................................ 75 FIGURA 4-17 SEÑALES DEL CIRCUITO ....................................................................................... 76 FIGURA 4-18 ESQUEMA CIRCUITO PWM ................................................................................ 76 FIGURA 4-19 FOTOLITO PWM ARRIBA ................................................................................... 77 FIGURA 4-20 FOTOLITO PWM ABAJO .................................................................................... 77 FIGURA 4-21 VISUALIZACIÓN 3D CIRCUITO PWM .................................................................... 78 FIGURA 4-22 FOTO REAL CIRCUITO PWM ............................................................................... 78 FIGURA 4-23 SENSOR LM35 ................................................................................................. 80 FIGURA 4-24 DISPOSITIVO INTEGRADO TL431 ......................................................................... 81 FIGURA 4-25 OPERACIONAL LM358 ...................................................................................... 82 FIGURA 4-26 TERMOSTATO ................................................................................................... 83 FIGURA 4-27 ESQUEMA TERMOSTATO .................................................................................... 84 FIGURA 4-28 LAYOUT TERMOSTATO ....................................................................................... 84 FIGURA 4-29 VISUALIZACIÓN 3D TERMOSTATO ........................................................................ 85 FIGURA 4-30 FOTO REAL TERMOSTATO ................................................................................... 85 FIGURA 4-31 CONTROL POR FASE (SIN INTEGRADO) .................................................................. 87 FIGURA 4-32 GRAFICA CONTROL POR FASE (P/V) ..................................................................... 88 FIGURA 4-33 GRAFICA CONTROL POR CICLOS (P/V) ................................................................... 88 FIGURA 4-34 CONTROL DE CONTINUA ..................................................................................... 89 FIGURA 4-35 RECTIFICACIÓN Y FILTRADO ................................................................................. 91 FIGURA 4-36 DISPARO DE 24 V ............................................................................................. 93 FIGURA 4-37 POTENCIA AL 10% ............................................................................................ 93 FIGURA 4-38 POTENCIA AL 100% .......................................................................................... 94 FIGURA 4-39 RED RC SNUBBER ............................................................................................. 95 FIGURA 4-40 MODELO TÉRMICO............................................................................................ 97 FIGURA 4-41 GRAFICA R.C-D ................................................................................................ 98 FIGURA 4-42 DISIPADOR ...................................................................................................... 99 FIGURA 4-43 ESQUEMA CIRCUITO DE POTENCIA ....................................................................... 99 FIGURA 4-44 LAYOUT ARRIBA CIRCUITO DE POTENCIA .............................................................. 100 FIGURA 4-45 LAYOUT ABAJO CIRCUITO DE POTENCIA ............................................................... 100 FIGURA 4-46 VISUALIZACIÓN 3D CIRCUITO DE POTENCIA ......................................................... 101 FIGURA 4-47 FOTO REAL CIRCUITO DE POTENCIA .................................................................... 101 FIGURA 4-48 REGULADORES LM78 ...................................................................................... 102 FIGURA 4-49 FUENTE DE ALIMENTACIÓN +-15V ..................................................................... 107 FIGURA 4-50 FUENTE DE ALIMENTACIÓN 24V ........................................................................ 108 FIGURA 4-51 ESQUEMA ALIMENTACIONES ............................................................................. 109 FIGURA 4-52 LAYOUT ALIMENTACIONES ................................................................................ 110


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FIGURA 4-53 VISUALIZACIÓN 3D ALIMENTACIONES ................................................................. 110 FIGURA 4-54 FOTO REAL ALIMENTACIONES ............................................................................ 111 FIGURA 4-55 E/S CONECTOR SCSI68 ................................................................................... 112 FIGURA 4-56 ESQUEMA CONEXIONADO PC ............................................................................ 113 FIGURA 4-57 LAYOUT CONEXIONADO PC ............................................................................... 114 FIGURA 4-58 VISUALIZACIÓN 3D CONEXIONADO PC ................................................................ 114 FIGURA 4-59 FOTO REAL CONEXIONADO PC .......................................................................... 114 FIGURA 4-60 ESQUEMA CIRCUITO EXTERIOR .......................................................................... 116 FIGURA 4-61 LAYOUT CIRCUITO EXTERIOR ............................................................................. 117 FIGURA 4-62 VISUALIZACIÓN 3D CIRCUITO EXTERIOR .............................................................. 117 FIGURA 4-63 FOTO REAL CONEXIONADO EXTERIOR ................................................................. 117 FIGURA 4-64 ESQUEMA AMPLIFICACIÓN DE SEÑALES ............................................................... 119 FIGURA 4-65 FOTOLITO AMPLIFICACIÓN DE SEÑALES ............................................................... 120 FIGURA 4-66 VISUALIZACIÓN 3D AMPLIFICACIÓN DE SEÑALES ................................................... 120 FIGURA 4-67 FOTO REAL AMPLIFICACIÓN DE SEÑALES .............................................................. 120 FIGURA 5-1 MODELO MATEMÁTICO PROTOTIPO ..................................................................... 126 FIGURA 5-2 SIMULINK MODELO EXPERIMENTAL ...................................................................... 129 FIGURA 5-3 SIGNAL BUILDER IDENTIFICACIÓN PLANTA .............................................................. 130 FIGURA 5-4 SEÑALES FILTRADAS IDENTIFICACIÓN PLANTA ......................................................... 131 FIGURA 5-5 SEÑALES RECORTADAS IDENTIFICACIÓN PLANTA ...................................................... 134 FIGURA 5-6 SEÑALES NIVELADAS IDENTIFICACIÓN PLANTA ........................................................ 135 FIGURA 5-7 ACCIÓN DE CONTROL PRUEBA 2 MODELO EXPERIMENTAL ........................................ 137 FIGURA 5-8 RESPUESTA PRUEBA 2 MODELO EXPERIMENTAL ..................................................... 137 FIGURA 5-9 ACCIÓN DE CONTROL PRUEBA 3 MODELO EXPERIMENTAL ........................................ 139 FIGURA 5-10 RESPUESTA PRUEBA 3 MODELO EXPERIMENTAL ................................................... 139 FIGURA 5-11 ACCIÓN DE CONTROL PRUEBA 4 MODELO EXPERIMENTAL ...................................... 141 FIGURA 5-12 RESPUESTA PRUEBA 4 MODELO EXPERIMENTAL ................................................... 141 FIGURA 5-13 CONMUTACIÓN DE POTENCIA ............................................................................ 142 FIGURA 6-1 MODELO SIMULINK CONTROLADORES ................................................................... 144 FIGURA 6-2 TEMPERATURA DE CONSIGNA CONTROL PI ............................................................ 145 FIGURA 6-3 SEÑALES PRUEBA 1 CONTROL PI .......................................................................... 145 FIGURA 6-4 RESPUESTA PRUEBA 1 CONTROL PI ...................................................................... 146 FIGURA 6-5 ACCIÓN DE CONTROL PRUEBA 1 CONTROL PI ......................................................... 147 FIGURA 6-6 RESPUESTA PRUEBA 2 CONTROL PI SISTEMA REAL .................................................. 148 FIGURA 6-7 RESPUESTA PRUEBA 2 CONTROL PI MODELO MATEMÁTICO ..................................... 148 FIGURA 6-8 MODELO MATEMÁTICO / SISTEMA REAL PRUEBA 2 ................................................ 149 FIGURA 6-9 ACCIÓN DE CONTROL PRUEBA 2 .......................................................................... 149 FIGURA 6-10 TEMPERATURA DE CONSIGNA CONTROL PID ........................................................ 151 FIGURA 6-11 RESPUESTA PRUEBA 1 CONTROL PID .................................................................. 152 FIGURA 6-12 ACCIÓN DE CONTROL PRUEBA 1 CONTROL PID .................................................... 153


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ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 4-1 RESISTENCIAS XTR105 ......................................................................................... 64 TABLA 4-2 CONSUMO ACONDICIONAMIENTO PT100 ............................................................... 103 TABLA 4-3 CONSUMO CONTROL PWM ................................................................................. 103 TABLA 4-4 CONSUMO TERMOSTATO ..................................................................................... 104 TABLA 4-5 CONSUMO CIRCUITO DE POTENCIA ........................................................................ 104 TABLA 4-6 CONSUMO ALIMENTACIONES ................................................................................ 105 TABLA 4-7 CONSUMO CONEXIONADO EXTERIOR ..................................................................... 105 TABLA 4-8 CONSUMO AMPLIFICACIÓN DE SEÑALES .................................................................. 105 TABLA 4-9 CONSUMO TOTAL ............................................................................................... 106 TABLA 4-10 ESPECIFICACIONES FUENTE +-15V ....................................................................... 107 TABLA 4-11 ESPECIFICACIONES FUENTE 24 V ......................................................................... 108 TABLA 4-12 E/S CONECTOR SCSI68 .................................................................................... 113 TABLA 4-13 CABLEADO INTERNO .......................................................................................... 121 TABLA 4-14 SELECTOR Y BORNAS 1 ...................................................................................... 121 TABLA 4-15 SELECTOR Y BORNAS 2 ...................................................................................... 122 TABLA 4-16 CONEXIÓN PC ................................................................................................. 122 TABLA 4-17 ENTRADAS POT ................................................................................................ 122 TABLA 4-18 NEGATIVO BORNES ........................................................................................... 123 TABLA 4-19 CABLES PLANTA TÉRMICA .................................................................................. 123 TABLA 4-20 CONEXIÓN PLANTA ........................................................................................... 124 TABLA 5-1 PARÁMETROS MODELO MATEMÁTICO ................................................................... 128 TABLA 5-2 PARÁMETROS MODELO LINEAL ............................................................................. 136 TABLA 6-1 CONDICIONES INICIALES PI ................................................................................... 143


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MEMORIA

DOCUMENTO Nº2







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1. INTRODUCCIÓN

La realización principal del proyecto es la obtención del título de Ingeniero Técnico en Electrónica Industrial por parte de la Universidad de la Rioja. Cuando se finalice el proyecto servirá como base para la realización de más plantas de control de temperatura.

Este proceso surge de la necesidad de construir varias maquetas educativas con el fin de enseñar otras técnicas de control en la Universidad de la Rioja en futuras asignaturas de los nuevos Grados de enseñanza ya que no existe una amplia gama de plantas de control, al margen de las maquetas de control de los motores de continua. Principalmente servirían para asignaturas de control de sistemas e instrumentación electrónica.

La idea del proyecto es diseñar una planta térmica que permita controlar la temperatura de un habitáculo, pudiendo compensar los cambios de temperatura mediante una serie de controladores, dichos cambios serán producidos principalmente por las perturbaciones que se introduzcan en el proceso.

Debido a la escasez de variedad de maquetas que la Universidad de la Rioja administra se ha decidido realizar una con otro punto de vista. Se realizara un maqueta que simulara una planta térmica, se hará a escala de laboratorio debido a las limitaciones económicas.

Como referencia para desarrollar el proyecto se utilizará la maqueta existente en el laboratorio MT-542.


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1.1 OBJETIVO Y ALCANCE

El objetivo de este proyecto es el diseño e implementación de una maqueta educativa basada en el control de una planta térmica. Una serie de sensores monitorizará la temperatura de una resistencia calefactora que producirá calor. Todos los dispositivos estarán englobados dentro de una urna de metacrilato, así como, varios sensores y actuadores. Los actuadores que se utilizaran principalmente serán varios ventiladores y una resistencia calefactora. Es posible que durante el desarrollo de la aplicación se puedan incluir más actuadores. La función de uno de los ventiladores se utilizará para homogeneizar la temperatura dentro de la cámara, el otro se utilizará como perturbación del sistema introduciendo aire frio desde el exterior, de esta manera se podrá observar cómo influye dicha perturbación en el control del proceso. El calefactor será el actuador que genere potencia, y debido a las características técnicas, esta potencia se convierta en calor, y aumente o descienda la temperatura del sistema.

El proyecto se realizará principalmente en el laboratorio de Regulación II y permanecerá en dicho laboratorio una vez acabado. Para la realización de montajes y pruebas de montaje se utilizaran los laboratorios de Taller Electrónico así como el Laboratorio de Electrónica I para el desarrollo de las tarjetas. Para hacer pruebas de potencia se utilizará el Laboratorio de Potencia.

En primer lugar, la base del proyecto será diseñar desde cero una planta reguladora de temperatura en función de una resistencia calefactora y una serie de sensores.

Como posibles campos para seguir desarrollando el proyecto se podrán introducir elementos de comunicación por medio de puerto serie o sistemas inalámbricos. Ya que el proyecto va a ser usado se podrán redactar una serie de guiones de prácticas con el fin de desarrollar diferentes estudios y aplicaciones para el control de la planta térmica.

También como técnica de mejora del proyecto y para acercarse al ámbito industrial se podrá realizar el diseño de controladores mediante un regulador industrial y así hacer una comparación con los controladores diseñados a mano.


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1.2 ANTECEDENTES

No se podría realizar este proyecto sin haber antes cursado las diferentes asignaturas de la carrera. Dentro de estas asignaturas ha sido importante el estudio de componentes esenciales para desarrollar aplicaciones variadas que muchas de ellas han sido introducidas en este proyecto.

No todos los conocimientos de todas las asignaturas han servido para realizar el proyecto, pero las que se han utilizado han sido:

� Tecnología Electrónica I y II

De esta asignatura se ha aprendido a diseñar desde cero una placa, mediante el diseño de esquemas electrónicos con su correspondiente diseño sobre los fotolitos. Dentro de la misma se ha estudiado todo lo relacionado con los sensores y sus posibles aplicaciones. Además en dichas horas se han introducido conocimientos de elementos de medida, y también la utilización de los osciloscopios y los generadores de señal del laboratorio.

� Electrónica Analógica y Taller Electrónico

Dentro de la electrónica analógica se ha estudiado el funcionamiento básico de los

principales componentes de la electrónica así como su combinación para realizar

diferentes aplicaciones. Cabe destacar el estudio de los amplificadores operacionales y

de los transistores unipolares.

� Instrumentación Electrónica I y II

Con estas dos asignaturas se ha aprendido una alta gama de sensores de todo tipo

así como, sus acondicionamientos, y diferentes aplicaciones para linealizar los

diferentes parámetros físicos en valores eléctricos. En la segunda parte se ha

aprendido a utilizar sistemas de adquisición de señales tales como tarjetas que tendrán

bastante utilidad en el proyecto.

� Regulación Automática I y II

Estas asignaturas son claves ya que se han adquirido conocimientos para el control de procesos y la realización de pruebas experimentales, ya que principalmente se realizaran en aplicación como MATLAB y SIMULINK. Todo conocimiento de


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controladores, perturbaciones y respuesta de señales se han adquirido en estas asignaturas.

� Oficina Técnica

Para la creación de la documentación se necesitará esta asignatura en lo que se refiere a: su constitución, el orden de documentos, la información que contempla en cada uno de ellos, etc. Las responsabilidades del diseño del proyecto y el valor contractual de la documentación se han estudiado en esta asignatura.

� Electrónica de Potencia

Ya que el calefactor tiene que ser alimentado con corriente alterna y un objetivo consiste en el control de la potencia del mismo, es necesario conocimientos de dispositivos de potencia que se activen y desactiven en función del ángulo de disparo.


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1.3 ENUMERACIÓN DE OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Los objetivos que se quieren conseguir con este proyecto son:

� Aumento de la velocidad del sistema

Para ello se ha pensado la utilización de un ventilador que haga la función de homogeneizar el aire, moviéndolo para conseguir estabilizar antes la temperatura del aire de la cámara. Otra medida que se va a estudiar para realizar esta acción es la reducir tanto la largura como la anchura del espacio de la cámara con respecto al modelo original, de esta manera habiendo menos volumen de aire es lógico que se caliente antes de lo normal. Se partirá inicialmente de una resistencia de 100W, aunque al final se ha considerado la utilización de una de potencia superior.

� Mayor control por parte del usuario

Con el fin de que los futuros ingenieros puedan utilizar la maqueta de una manera más amplia, se van a colocar una serie de selectores que permitirán controlar la entrada y salida de los actuadores del sistema tanto manualmente como automáticamente. Con un selector se podrá elegir entre la entrada de datos manual (potenciómetro), vía PC y mediante la utilización de bornes de conexión. También se podrá acceder al valor de la salida del sensor de temperatura mediante sus correspondientes bornes. De esta manera se podrá realizar una amplia variedad de combinaciones para simular diferentes problemas y funciones de las plantas térmicas a nivel industrial.

� Linealización de la potencia aportada al circuito

El mayor problema es que la potencia aportada en forma de calor por una resistencia depende del cuadrado de la tensión divido por la resistencia de la misma. Esto supone una función de forma exponencial. Es decir, que cuando se introduce una señal de 5 voltios de un rango establecido de 0 a 10, la potencia aportada no es la mitad de la potencia máxima de la resistencia. Esto se solucionará colocando una tarjeta o bloque que compense esta desviación y con ello hacer lo mas lineal posible la función de la potencia. También para linealizar el calor aportado, el calefactor que se introducirá podría estar compuesto de un recubrimiento de aluminio que, mediante sus propiedades físicas, sería capaz de conducir el calor de una manera más lineal.


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� Realizar un estudio detallado del sistema

Para ello se investigará que factores intervienen en el sistema. A partir de ahí se trasladaran todos los factores en ecuaciones con el fin de analizar el proceso matemáticamente. Para comprobar que el traslado del proceso físico a números y variables es correcto, se realizaran una serie de experimentos con la maqueta para saber si se ajustan correctamente unos con otros.

� Montaje de una nueva planta

Todos los objetivos anteriores se van a implementar en una nueva maqueta con un diseño diferente. Para ello se diseñaran internamente todas las placas así como la estructura exterior de la maqueta. Por un lado irá la urna con los actuadores y los sensores. Por otro lado, una caja externa que contendrá las diferentes placas así como los controles para los usuarios, con sus conexiones para comunicarse con otras maquetas y ordenadores.


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2. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE PARTIDA

Para la realización del PFC se tomará como ejemplo la maqueta MT542 comercializada por Alecop. Esta maqueta esta desarrollada para su uso en docencia relacionada con la ingeniería de control. Permite ilustrar técnicas de modelado y control, observando al mismo tiempo los problemas de los sistemas reales.

Figura 2-1 Maqueta MT542

El sistema representa un horno industrial a escala de laboratorio, sobre el que se realiza el control de temperatura en el interior de la cámara. Los diferentes sensores/actuadores permiten múltiples configuraciones permitiendo varias aplicaciones. Junto con el manual de usuario se proporcionan una serie de guiones de prácticas.


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2.1 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

2.1.1 SENSORES

Para la obtención de temperatura, esta maqueta utiliza una serie de diferentes transductores de temperatura que son los más utilizados en el ambiente industrial y en laboratorios de investigación. Los elementos captadores que contiene la maqueta son:

� Termopar tipo J

Es un transductor formado por la unión de dos metales distintos que producen un voltaje (efecto Seebeck), esta diferencia de voltaje se produce entre uno de los extremos denominado “punto caliente” y el otro extremo comúnmente llamado “punto frio”.

Figura 2-2 Termopar Tipo J

El modelo tipo J se utiliza para medir entre -270 ºC y 1200 ºC grados. Debido a sus características se recomienda su uso en atmósferas inertes y reducidas. Esta formado de hierro y constatan.

� Transductor de resistencia de coeficiente positivo (PTC)

Es una resistencia con coeficiente de Temperatura Positivo. Se utilizan en una gran variedad de aplicaciones como sensor de temperatura, para desmagnetización y para la protección contra el recalentamiento de motores eléctricos. También se utiliza como indicadores de nivel.

Figura 2-3 PTC


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� Transductor resistivo de platino PT100

Es un detector de temperatura resistivo basado en la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura. No son necesarios cables de interconexión especiales ni compensación de unión fría como en los termopares.

Figura 2-4 PT100

En contacto térmico con los tres últimos transductores se han instalado otros tantos circuitos integrados AD-590, cuya función es la de servir como termómetros de referencia. Este sensor patrón servirá para calibrar a los demás sensores.

La maqueta permite realizar una configuración abierta de los sensores, pudiendo utilizarse junto a los acondicionadores externos, así como determinar los parámetros característicos de dichos sensores.

Otra de las posibilidades que ofrece la maqueta es la de configurar un sistema para el estudio de la regulación de la temperatura de un horno mediante un control todo/nada utilizando cualquiera de los transductores.


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2.1.2 ACTUADORES

En la maqueta MT-542 existen varios actuadores que transforman la energía eléctrica en funciones determinadas dentro de ella.

Resistencia calefactora

La resistencia calefactora está formada por un conductor eléctrico de aleación metálico, bobinado sobre un soporte aislante, montado en el interior de un perfil de aleación de aluminio que actúa como radiador térmico.

La forma especial de construcción del radiador hace que presente una gran superficie de contacto con el ambiente externo de manera que la potencia disipada por la resistencia sea transmitida de forma rápida y eficiente.

La resistencia calefactora se alimenta con una corriente alterna procedente de la red eléctrica de 220 V. El paso de la corriente a través del elemento calefactor transforma la potencia eléctrica I2R consumida por este en una potencia térmica que eleva la temperatura del elemento radiador.

Este, a su vez, calienta las capas de aire en contacto con su superficie y este proceso continuara hasta calentar todo el aire en el interior del horno. Una de las características principales de la resistencia es la potencia de caldeo de 250W a 220V.

Figura 2-5 Resistencia Calefactora

Por medio de un interruptor se selecciona el modo de activación de la resistencia tanto interna como externa mediante una señal de control aplicada a la hembrilla. Un piloto verde señaliza la condición de activación de ambos y un piloto rojo indica que la resistencia ha superado los 70 ºC en el horno y se ha desactivado.


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El circuito de control de la resistencia es el siguiente:

Figura 2-6 Control ON-OFF

La excitación de la resistencia calefactora en ambos modos se realiza por medio de un dispositivo semiconductor de potencia (Triac) cuya condición es gobernada por un circuito de control.

La señal de control interna puede ser tanto una tensión fija como variable de 0 a 10V. Esta se compara con una señal de tipo dientes de sierra de frecuencia 100 Hz, dando como resultante una serie de pulsos de amplitud y duración constantes, que al ser aplicados a la puerta del triac hará que este conduzca durante tiempos definidos de la tensión de red.

La conducción del triac aplicará una corriente a la resistencia calefactora que hará elevarse su temperatura. Una elevación incontrolada de la temperatura del horno dañaría el recipiente y demás elementos de la maqueta. Con el fin de evitar esta situación, se ha dispuesto un circuito de control basado en la temperatura del sensor AD-590 en contacto térmico con la PTC. Cuando este termómetro alcanza la temperatura de 70ºC, la corriente que circula activa un circuito de lógico que, a su vez, excita el relé de protección, con lo que abre el contacto y desactiva la resistencia calefactora.

En el modo de control externo una señal variable de 0 y 10 V, modifica la duración de los pulsos de control del triac, y por lo tanto, los tiempos de conducción de la corriente de alimentación de la resistencia calefactora, siendo así posible el control de la potencia de disipación y el control manual de la temperatura del horno.


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Ventilador

Situado en el lateral izquierdo del recipiente del horno, es impulsado por un pequeño motor que requiere para su funcionamiento una señal de corriente continua de un valor de tensión de 12V, con un reducido consumo de potencia igual a 2.5 W. Es capaz de impulsar el aire a una velocidad máxima de unos 5.8 litros/segundo a la presión atmosférica normal. Su cuidada construcción y tamaño reducido hace que su funcionamiento sea muy silencioso produciendo un nivel de ruido de 40 decibelios.

Figura 2-7 Ventilador 12 V

Por medio de un interruptor se selecciona el modo de activación interna o externa del ventilador. Como en el caso de la resistencia calefactora, el control por parte de una señal externa podrá ser variable, y en el caso del modo interno la potencia del ventilador se ajustará a un valor de tensión fijado.

La operación del ventilador y las tapas ofrecen diferentes posibilidades en los procesos de calentamiento o enfriamiento del horno.

Durante el calentamiento del horno, manteniendo las tapas cerradas y el ventilador activo, este hace recircular el aire impulsándolo continuamente sobre el radiador, con lo que se acelera el proceso de transferencia de calor entre el radiador y las capas de aire del horno. La temperatura se eleva más rápidamente y se distribuye de manera uniforme en todo el recipiente, se trata de un proceso de calentamiento forzado.

Una vez se desactiva la resistencia calefactora, esta sigue radiando calor durante un periodo corto de tiempo. Este calor continúa pasando al ambiente por la acción del ventilador, elevándose la temperatura hasta alcanzar un valor máximo.

Cuando se realizan medidas de temperatura en el descenso de esta, la acción del ventilador y las tapas cerradas, se asegura el descenso progresivo de forma lenta, manteniendo la distribución uniforme de la temperatura del horno.


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Al retirar completamente las tapas, manteniendo activo el ventilador, se provoca un enfriamiento forzado del horno al ser sustituido el aire caliente de su interior por aire más frio del exterior por la acción del ventilador.

La posibilidad de girar las tapas que ofrecen sus casquillos de guiado, permiten operaciones de control manual durante el calentamiento o enfriamiento para lograr reducir la elevación de temperatura muy por encima de aquella elegida como máxima o bien mantener estable una cierta temperatura.

2.1.3 PANEL FRONTAL

Para acceder a los transductores de temperatura la maqueta tiene una serie de hembrillas en el panel frontal que nos permite acceder a sus terminales y así utilizarlos para acondicionar dichas señales según se quiera.

Contiene un interruptor general para dar tensión a la maqueta así como dos hembrillas con la función que en el caso de que se colocase algún elemento externo, tener dos puntos de referencia a masa.

Conectores de los sensores

Estos son las hembrillas que nos permiten acceder a los sensores:

Figura 2-8 Hembrillas Sensores

Mediante los cables normalizados correspondientes se podrán llevar las señales en los terminales de los transductores a otros módulos, maquetas, tarjetas de adquisición de datos, etc.


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Conectores de los actuadores

Con estas hembrillas se pueden controlar tanto la resistencia calefactora como el ventilador tanto manualmente como automáticamente.

Figura 2-9 Hembrillas Actuadores

La resistencia calefactora se puede controlar de dos maneras:

� Si elegimos la opción INT, se alimentará a la resistencia sin restricciones de

potencia, lo que equivale en la escala de 0 a 10V a colocar en la entrada del

comparador 10V.

� Si se elige la opción EXT, a través de esa hembrilla se puede “linealizar” la

potencia generada por la resistencia, así que se podrá introducir cualquier señal

dentro del rango establecido mediante dispositivos hardware o software.

Para visualizar su funcionamiento hay un led que se pondrá verde en el momento en el que se permita el paso de corriente a la resistencia, tanto en un modo como en el otro. También tiene un led que nos indica cuando luce de color rojo que se ha sobrepasado la temperatura de seguridad (70ºC) y que se ha desconectado de la alimentación.

Termómetro

Como ya se dijo se colocó el transductor AD-590 como referencia, así como otros tantos AD-590 en contacto térmico con los demás sensores.

Cada uno de estos transductores convierte la temperatura absoluta en la superficie de los transductores del horno y de la unión fría del termopar, en una corriente


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proporcional que, a su vez, es convertida en voltaje por medio de unos convertidores, cuya relación de voltaje de salida-temperatura es de 0,1 V/ºC. Dichos circuitos convertidores se calibran por medio de un control de offset interno para anular la corriente de 273uA correspondiente a 0ºC.

Figura 2-10 Termómetro Digital

La lectura de los valores de temperatura en ºC de cada uno de los transductores AD-590, se realiza en el indicador digital de 3 ½ dígitos situado en el panel frontal principal.

Figura 2-11 Display

Para visualizar las diferentes temperaturas del proceso se realiza por medio de un pulsador. Cada vez que se presiona conmuta la entrada al display colocando una señal diferente de los sensores en la pantalla. Así mismo se activará un led que nos dirá de que sensor se está visualizando la temperatura. A la entrada del indicador digital habrá un acondicionador para mostrar la temperatura en grados Celsius en los Displays de 7 segmentos.

La señal eléctrica proporcional a la temperatura de cada termómetro, está disponible por su correspondiente hembrilla de conexión.


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2.1.4 MÓDULOS

Ya que la maqueta tiene un fin principalmente educativo, aparte de la maqueta tiene una serie de módulos para realizar experimentos de investigación como para realizar los guiones de prácticas adjuntados con el manual de la maqueta.

Ya que las señales que salen de las maquetas no se pueden usar para su utilización directa, se necesita diferentes circuitos para que estas señales resulten útiles para su empleo.

Los sistemas modulares que se ajuntaban con la maqueta son:

� Modulo ALV-125

Este modulo tiene dos funciones bien diferenciadas. Por un lado contiene una fuente de alimentación de +-15V y 1 A, que alimentará al resto de módulos. Por otro lado contiene un voltímetro digital de 3 ½ dígitos.

Dispone de 4 entradas para visualizarlas por el voltímetro con un conmutador rotativo para elegir la señal deseada a mostrar. El rango de medidas para todas las entradas es de +- 20 V.

� Modulo ACONDIPLAT-547

Contiene los acondicionadores de señal de los transductores de temperatura de la PT100 y de los AD-590.

PT-100

La forma más común de acondicionar la PT100 se realiza mediante un puente de Wheatstone. El modulo contiene dicho puente alimentado con una fuente de corriente constante. Tras esto una etapa de pre amplificación elimina el offset y ajusta el rango de medida, después un filtro elimina el ruido de las señales por acoples indeseados y, por último, una etapa de amplificación donde se ajusta la ganancia para obtener la salida deseada.

El modulo permite ajustar la corriente de alimentación de entrada del puente entre 2,4 y 20 mA por medio del selector de corriente.

Otra posibilidad que ofrece el acondicionador es la de simular la PT-100 con un valor ajustado por el potenciómetro Rx.


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AD-590

La alimentación del transductor se obtiene de una fuente de voltaje constante contenida en el acondicionador.

La corriente que circula a través del AD-590 es proporcional a la temperatura absoluta (Kelvin). Esta corriente es convertida a un voltaje proporcional por medio del convertidor A/V con una relación de 10 mV/uA.

Para conseguir una señal proporcional a grados centígrados, el control de offset resta una corriente de 273 uA. Por último, la señal de salida del convertidor se amplifica con una ganancia variable fijada por el usuario a través de un potenciómetro.

� Modulo ACONDITERMO-547

Contiene los acondicionadores de señal de los captadores de temperatura de la resistencia PTC y del termopar.

PTC

La fuente de alimentación interna del acondicionador, aplica una corriente sobre el captador cuyas variaciones de resistencia se convierten en variaciones de voltaje a la salida del convertidor Ohm/V, con una relación de conversión fija de 1 mV/Ohm.

La señal de salida del convertidor pasa al bloque sumador donde se suma con una señal de offset de polaridad opuesta y de amplitud fijada por el usuario para delimitar el rango de las medidas. Tras esto hay una etapa de ganancia para ajustar la señal a los niveles deseados.

Dispone de las posibilidades de linealización y simulación de PTC. La linealización se realiza colocando en paralelo con la PTC una resistencia RL o RS dependiendo lo que se necesite, ajustable por potenciómetros. Esto se utiliza para linealizar un determinado rango de temperaturas que suele ser pequeño.

TERMOPAR

A la señal de voltaje de bajo valor producida por el termopar se le aplica una etapa amplificadora, conjuntamente con una señal de offset de sentido contrario con el fin de obtener 0 voltios cuando las temperaturas del termopar y de la unión fría sean iguales.


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La señal pasa por un filtro donde se eliminan las señales de ruido indeseables y es finalmente amplificada por medio del paso final de una etapa de amplificación con ganancia ajustable por el usuario mediante un potenciómetro.

A su vez presenta la posibilidad de realizar medidas de temperatura relativas. Para ello, dispone de un bloque sumador donde se aplica una señal a su entrada, V Ref, precedente de cualquiera de los termómetros de la maqueta.

� Modulo CSH-547

Contiene el generador de señal de consigna y el comparador con histéresis.

GENERADOR DE SEÑAL DE CONSIGNA

Es una fuente de voltaje que produce a su salida un voltaje comprendido entre 0 y +10V. Este voltaje puede ser anulado por medio de un interruptor.

Este generador produce las señales de consigna, de valor conocido y constante, para su aplicación a la entrada Vc del comparador en el circuito de control ON-OFF.

COMPARADOR CON HISTERESIS

El circuito realiza la comparación entre la señal analógica a controlar, Vm, y la de consigna, Vc.

Cuando el valor de señal Vm es inferior al de consigna la salida del comparador es positiva y de valor máximo. A la contra, cuando el valor de tensión es menor al de consigna la salida se vuelca a una tensión negativa. La salida del comparador tendrá valores de +V y –V.


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2.2 ESTUDIO TEÓRICO

La Ingeniería Térmica trata de los procesos de transferencia de calor y la metodología para calcular la velocidad con que éstos se producen y así poder diseñar los componentes y sistemas para desarrollarlos. La transferencia de calor abarca una amplia gama de fenómenos físicos que hay que comprender antes de proceder a desarrollar dichos procesos.

2.2.1 MODOS DE TRANSFERENCIA

Siempre que existe una diferencia de temperatura, la energía se transfiere de la región de mayor temperatura a la de temperatura más baja; de acuerdo con los conceptos termodinámicos la energía que se transfiere como resultado de una diferencia de temperatura, es el calor. Sin embargo, aunque las leyes de la termodinámica tratan de la transferencia de energía, sólo se aplican a sistemas que están en equilibrio; pueden utilizarse para predecir la cantidad de energía requerida para modificar un sistema de un estado de equilibrio a otro, pero no sirven para predecir la rapidez (tiempo) con que puedan producirse estos cambios; la fenomenología que estudia la transmisión del calor complementa los principios termodinámicos, proporcionando unos métodos de análisis que permiten predecir esta velocidad de transferencia térmica.

Los principios termodinámicos se pueden utilizar para predecir las temperaturas finales una vez los dos sistemas hayan alcanzado el equilibrio.

Para proceder a realizar un análisis completo de la transferencia del calor es necesario considerar tres mecanismos diferentes, conducción, convección y radiación. Estas tres formas de transferencia son las más sencillas que se pueden considerar aisladamente, si bien en la práctica, lo normal es que se produzcan simultáneamente al menos dos de ellas, con lo que los fenómenos resultan más complejos de estudiar.


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CONDUCCION

La transmisión de calor por conducción puede realizarse en cualquiera de los tres estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso.

La conducción es básicamente un mecanismo de cesión de energía entre partículas contiguas. La energía de las moléculas aumenta al elevarse la temperatura. Esta energía puede pasar de una molécula a otra contigua y de esta a la siguiente y así sucesivamente ya sea por choque entre partículas en los fluidos o por vibraciones reticulares en los sólidos.

En los gases, lo que ocurre es que el gas ocupa todo el espacio entre las dos superficies. Se asocia la temperatura del gas en cualquier punto con la energía que poseen sus moléculas en las proximidades de dicho punto. Cuando las moléculas vecinas chocan ocurre una transferencia de energía desde las moléculas más energéticas a las menos energéticas. En presencia de un gradiente de temperatura la transferencia de calor por conducción debe ocurrir en el sentido de la temperatura decreciente.

Figura 2-12 Conducción Electrones

En los fluidos, la conducción se explica gracias al intercambio de energía cinética de sus moléculas, que se produce como consecuencia de choques entre las mismas. La transmisión de calor por conducción en los fluidos se produce fundamentalmente en lo que definiremos como la capa límite y tiene poca importancia en el resto de la masa. La situación es muy similar que en los gases, aunque las moléculas están menos espaciadas y las interacciones son más fuertes y frecuentes.

En los sólidos la conducción se produce por cesión de energía entre partículas contiguas (vibraciones reticulares). En un sólido no conductor la transferencia de energía ocurre solamente por estas vibraciones reticulares, en cambio en los sólidos conductores se debe también al movimiento de traslación de los electrones libres.


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La conducción en un medio material, goza pues de un soporte, que son sus propias moléculas y se puede decir que macroscópicamente no involucra transporte de materia.

Es posible cuantificar los procesos de transferencia de calor en término de ecuaciones o modelos apropiados. Estas ecuaciones o modelos sirven para calcular la cantidad de energía que se transfiere por unidad de tiempo. Para la conducción de calor, la ecuación o modelo se conoce como Ley de Fourier.

� � ��

El flujo real del calor depende de la conductividad térmica k, es una propiedad física del cuerpo, en la que la superficie de intercambio A se expresa en m2, la temperatura en kelvin (K), la x será la distancia en metros y la transmisión de calor en W, así que el calor estará expresado en W/m.K.

El signo menos es una consecuencia del hecho de que el calor se transfiere en la dirección de temperatura decreciente.

Figura 2-13 Conducción pared plana

Cuando las superficies de la pared se encuentran a temperaturas diferentes, el calor fluye solo en dirección perpendicular a las superficies.

� ��


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Donde L es el espesor de la red, T1 es la temperatura de la superficie de la izquierda y la T2 corresponde la superficie de la derecha. Para poder calcular la resistencia térmica equivalente dada por la conducción los parámetros que influyen son:

��

CONVECCION

Es un hecho bien conocido que una placa de metal caliente se enfría más rápidamente si se coloca frente a un ventilador que si se expone al aire quieto. Se dice que el calor es disipado por convección y que el proceso de transferencia de calor es por convección. La convección es el término que se usa para describir la transferencia de calor desde una superficie a un fluido en movimiento. En contraposición con la conducción, la convección implica transporte de energía y de materia, por lo tanto, esta forma de transmisión de calor es posible solamente en los fluidos y es además característica de ellos.

En el tratamiento de la transferencia de calor por convección, abordaremos dos ideas principales, una de ellas será comprender los mecanismos físicos de la convección y la otra introducirnos en los medios para llevar a cabo cálculos de transferencia de calor por convección, sin embargo no desarrollamos procedimientos analíticos, sino una visión general del fenómeno, planteando las ecuaciones básicas que se utilizan en los cálculos.

Existen dos tipos de convección:

� Convección libre o natural

� Convección forzada

En la convección natural, la fuerza motriz procede de la variación de densidad en el fluido como consecuencia del contacto con una superficie a diferente temperatura, lo que da lugar a fuerzas ascensoriales. El fluido próximo a la superficie adquiere una velocidad debida únicamente a esta diferencia de densidades, sin ninguna influencia de fuerza motriz exterior.

Ejemplos típicos son la transmisión de calor al exterior desde la pared o el tejado de una casa en un día soleado sin viento, la convección en un tanque que


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contiene un líquido en reposo en el que se encuentra sumergida una bobina de calefacción, el calor transferido desde la superficie de un colector solar en un día en calma, etc.

Figura 2-14 Convección

La convección forzada tiene lugar cuando una fuerza motriz exterior mueve un fluido sobre una superficie que se encuentra a una temperatura mayor o menor que la del fluido. Esa fuerza motriz exterior puede ser un ventilador, una bomba, el viento, etc. Como la velocidad del fluido en la convección forzada es mayor que en la convección natural, se transfiere, por lo tanto, una mayor cantidad de calor para una determinada temperatura.

Un fluido con velocidad UINF y temperatura TINF fluye sobre una superficie de forma arbitraria y de área AS. Se supone que la superficie está a una temperatura uniforme, TS, y si TS no es igual a TINF, sabemos que ocurrirá una transferencia de calor por convección, y el flujo local de calor se expresará utilizando la ley de enfriamiento de Newton que se puede enunciar como:

Q � h�T� � T��

El flujo de calor transmitido por convección entre una superficie y un fluido que esté en contacto con ella, en dirección normal a la misma, para pequeñas diferencias de temperaturas, es proporcional a dicha diferencia de temperatura. Donde h es el coeficiente de transmisión del calor por convección, en W/m.K, q es el flujo de calor por unidad de área superficial en contacto con el fluido en W/m2, TS es la temperatura de la superficie y TINF es la temperatura del fluido no perturbado.


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La ecuación anterior, independientemente que la convección sea natural o forzada, sirve como definición del coeficiente de convección h. Su valor numérico se tiene que determinar analítica o experimentalmente. Como las condiciones de flujo varían de punto a punto sobre la superficie, q y h también varían a lo largo de la superficie. La transferencia de calor Q se obtiene integrando el flujo local sobre toda la superficie.

Q = � qdA�

!"→ Q = �T� − T�� hdA�

!"

Definiendo un coeficiente de convección promedio HM para toda la superficie, el calor total transferido se expresa como:

= $%A��T� − T��

Igualando las dos ecuaciones anteriores da la relación matemática para calcular el promedio del coeficiente de convección.

$% = 1A�� hdA�

!"

El flujo local q o la transferencia total Q son de máxima importancia en cualquier problema de convección. Por esta razón la determinación de estos coeficientes se ve como el problema de la transferencia de calor por convección. Sin embargo, esto no es un problema sencillo, ya que depende de las propiedades del fluido, de la geometría de la superficie y de las condiciones de flujo.

Podemos explicar que el modo de transferencia de calor por convección se compone de dos mecanismos. Además de la transferencia de energía debida al movimiento molecular aleatorio (conducción), la energía también se transfiere mediante el movimiento global o macroscópico del fluido, esto es la transferencia de calor, se debe entonces a una superposición de dos transportes de energía, uno por el movimiento aleatorio de las moléculas y el otro por el movimiento global del fluido. Se acostumbra a utilizar el término convección haciendo referencia a este transporte acumulado. La resistencia térmica que genera la convección viene dada por la siguiente ecuación:

��'(�� = 1ℎ�


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RADIACION

Asociamos la radiación térmica a la energía emitida por la materia como resultado de su temperatura finita. El mecanismo de emisión está relacionado con oscilaciones o transiciones de los muchos electrones que constituyen la materia. Estas oscilaciones son sostenidas por la energía interna que es función de la temperatura del cuerpo. Luego, asociamos la emisión de radiación térmica a fenómenos de origen térmico provocados dentro la materia.

Figura 2-15 Radiación

Para cuantificar la transferencia de calor por radiación debemos poder tratar ambos efectos espectrales y direccionales.

Mientras que la conducción y la convección térmicas tienen lugar sólo a través de un medio material, la radiación térmica puede transportar el calor a través de un fluido o del vacío, en forma de ondas electromagnéticas que se propagan a la velocidad de la luz. Existen muchos fenómenos diferentes de radiación electromagnética pero en Ingeniería Térmica solo consideraremos la radiación térmica, es decir, aquella que transporta energía en forma de calor.

La energía que abandona una superficie en forma de calor radiante depende de la temperatura absoluta a que se encuentre y de la naturaleza de la superficie.

Un radiador perfecto o cuerpo negro emite una cantidad de energía radiante de su superficie Q, dada por la ecuación:

� *��+ � �,-


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En la que EB es el poder emisivo del radiador, viniendo expresado el calor radiante Q en W, la temperatura T de la superficie en K , y la constante dimensional σ de Stefan-Boltzman en unidades SI, en la forma:

* � 5.67 ∗ 1045 78�9+

La ecuación anterior dice que toda superficie negra irradia calor proporcionalmente a la cuarta potencia de su temperatura absoluta. Aunque la emisión es independiente de las condiciones de los alrededores, la evaluación de una transferencia neta de energía radiante requiere una diferencia en la temperatura superficial de dos o más cuerpos entre los cuales tiene lugar el intercambio. Si un cuerpo negro a T1 (K) irradia calor a un recinto que le rodea completamente y cuya superficie es también negra a T2 (K), es decir, absorbe toda la energía radiante que incide sobre él, la transferencia de energía radiante viene dada por:

� *� �� + � ��+�

Si los dos cuerpos negros tienen entre sí una determinada relación geométrica, que se determina mediante un factor de forma F, el calor radiante transferido entre ellos es:

� *� : �� + � ��+�

Los cuerpos reales no cumplen las especificaciones de un radiador ideal, sino que emiten radiación con un ritmo inferior al de los cuerpos negros. Si a una temperatura igual a la de un cuerpo negro emiten una fracción constante de la energía que emitirían considerados como cuerpo negro para cada longitud de onda, se llaman cuerpos grises. Un cuerpo gris emite radiación según la expresión:

� ;*��+

El calor radiante neto transferido por un cuerpo gris a la temperatura T1 a un cuerpo negro que le rodea a la temperatura T2 es:

� ; *� �� + � ��+� � ; � �,- � ,-��


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Siendo ε1 la emitancia de la superficie gris, igual a la relación entre la emisión de la superficie gris y la emisión de un radiador perfecto a la misma temperatura. El hecho de que la transferencia de calor dependa de la temperatura elevada a la cuarta complica los cálculos. Si ninguno de los dos cuerpos es un radiador perfecto, pero poseen entre sí una determinada relación geométrica, el calor radiante neto transferido entre ellos viene dado por:

� *� : �� + � ��+� � ,- � ,-�<=>= + @=A + <=B=>=BA�� + � ��+�

En la que F1-2 es un factor de forma que modifica la ecuación de los radiadores perfectos para tener en cuenta las emitancias y las geometrías relativas de los cuerpos reales.

En muchos problemas industriales, la radiación se combina con otros modos de transmisión del calor. La solución de tales problemas se puede simplificar utilizando una resistencia térmica para la radiación; su definición es semejante a la de la resistencia térmica de convección y conducción.

La resistencia térmica de la radiación será:

�CB��B�� *� : �� + � ��+� � 1*� : �� + �� + ��


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2.2.2 MODELO SIMPLIFICADO

Antes de estudiar los resultados del experimento se ha razonado cual puede ser la respuesta del sistema ante cualquier escalón. Se ha analizado el circuito desde una visión más general y desde el punto de vista térmico, y transformándolo al plano cítrico, el circuito equivalente de la maqueta sería este.

Figura 2-16 Modelo Simplificado

Si se transforma a las ecuaciones eléctricas, la relación entre la salida (temperatura) y la entrada (calor generado por el calefactor), dependerá de la resistencia (material), el condensador (capacitancia de la cámara) y la fuente de tensión constante (temperatura ambiente). Este modelo simplificado da como resultado la siguiente función de transferencia.

� ⟨��8E � 0⟩ = ��GH ? 1

Tal como se ve, la ecuación resultante responde a un sistema de primer grado. Tiene un polo así que la respuesta del sistema frente a un escalón será tipo exponencial. La constante de tiempo del modelo simplificado dependerá tanto de R como de C. Para que sea rápido el sistema la constante de tiempo tiene que ser pequeña.

� � �G

R -> No se contempla su valor inicialmente “Material”

C = m * Cp -> Cp = Constante; m = Masa del material

Este es el modelo simplificado pero el circuito real es más complicado ya que en estos sistemas térmicos el calor se traslada entre materiales principalmente mediante tres diferentes modos de transferencia: convección, conducción y radiación.


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2.3 ESTUDIO EXPERIMENTAL

Con el fin de entender y comprender el funcionamiento de este sistema se va a realizar una serie de experimentos y de esta manera, realizar un estudio detallado del comportamiento de la maqueta frente a diferentes señales de control. Se utilizara una herramienta software que permitirá conectarnos a través de la tarjeta de adquisición de datos con el fin de recoger los datos de la maqueta. La herramienta que se utilizará será Matlab con su aplicación principal de simulación (Simulink) que servirá para simular procesos y obtener los datos a tiempo real.

Una vez obtenidos los datos de los experimentos de la planta térmica se desarrollaran una serie de programas en el lenguaje propio de la aplicación Matlab para acondicionar y tratar la señal y así, poder sacar de manera fiable la función de transferencia del sistema así como sus parámetros característicos.

Para obtener unos resultados lo más exactos posibles se conectará a la salida de la PT100, ya que se le considera uno de los transductores de temperatura más exactos y la maqueta cuenta con él.

2.3.1 CONEXIONADO

La forma de conectar físicamente al ordenador será a través de una serie de cables que irán al bornero de la tarjeta. Por medio de un cable especial tipo SHC68-68-EPM se conectará al bornero SHB68 y de ahí a la tarjeta de adquisición de datos del PC.

Para poder recoger los datos y tratarlos de la manera que se necesite, se utilizará un dispositivo hardware para la obtención y el guardado de los datos generados por la maqueta. Para ello se empleará una tarjeta de adquisición de datos.

Figura 2-17 PCI 6229


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La tarjeta que se empleará será una National Instruments PCI-6229 que presenta las siguientes características:

� 4 Salidas analógicas de 16 Bits

� 48 Entradas/Salidas digitales

� Disparo digital

� 32 Contadores

Estas son las características más importantes. Además de la tarjeta se necesitan otros elementos físicos para transmitir las señales.

Figura 2-18 SHB-68 y SHC68-68-EPM

Para conectar la tarjeta a la maqueta se necesita un bornero que facilite la conexión entre la maqueta y la tarjeta de adquisición de datos. También se necesita un cable para la conexión entre la tarjeta y el bornero y para eso se va a utilizar un cable tipo SHC68-68-EPM con su bornero SHB68. Se ha de disponer de cables para conectar el bornero con las hembrillas de la maqueta.

El bornero es un elemento que permite conectar fácilmente los cables que se necesiten a la tarjeta para no tener que conectarlos directamente a los pines de la clavija de esta. Para realizar este experimento se necesita conectar la maqueta a los siguientes canales.

� PIN 68 – Analog Input 0 – Salida PT100 (Termómetro)

� PIN 67 – Ground Analog Input 0 – GND 0 V (Alimentación)

� PIN 21 – Analog Output 1 – Entrada EXT (Alimentación)

� PIN 54 – Ground Analog Output 1 – GND 0 V (Alimentación)


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Los datos de la señal de la PT100 se obtendrán por medio de la entrada analógica 0 de la tarjeta, a su vez, la señal de control se generará en el ordenador y a través de la salida analógica 1 de la tarjeta llegará a la entrada EXT de la maqueta. Esta señal de control tiene que ser una señal comprendida de 0 a 10 V.

Los otros dos pines son de seguridad con el fin de que si se produce una derivación la señal vaya directamente a masa para que no pueda producir daños de sobretensiones en la tarjeta y salvar el circuito.

Pero no solo se conectará físicamente, se creará una pequeña aplicación para que la aplicación Simulink recoja los datos de la tarjeta adecuadamente.

2.3.2 SOFTWARE PARA TIEMPO REAL

Con la herramienta Simulink se puede realizar una simulación que permita tanto recoger los datos provenientes del exterior o mediante ecuaciones matemáticas remplazar el proceso.

En este caso se desarrollará una pequeña aplicación para obtener los datos de la maqueta.

Figura 2-19 Modelo Simulink

Este sería el diseño para obtener los datos, para ello se ha colocado un bloque de la señal de entrada analógica de la tarjeta de National Instrument PCI-6229 seguido de un bloque de ganancia 10. Esto se debe a que la salida de la maqueta tiene una relación de 0.1 v/ºC, así poder tener la temperatura en su rango natural.


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También consta de un bloque que permite crear señales, dicha señal se enviará por la salida analógica de la tarjeta. Para visualizar tanto la señal de entrada como la señal de control se ha colocado un bloque tipo Scope que realizará esa tarea. Este bloque tiene la característica de que almacena los datos en una variable para poder gestionar dichos datos cuando se necesiten.

Para dejar listo el experimento, se necesita fijar los parámetros de simulación, como son el tipo de paso y tiempo de muestreo. Ya que se trata de un estudio con elementos externos se necesita que la simulación se fije en modo externo así como conectar el hardware que intervendrá.

Con todo bien conectado ya se puede comenzar a experimentar con la maqueta. Para ello se tienen que fijar los parámetros de muestreo. Se ha decidido realizar una prueba de unos 20000 segundos con el fin de asegurar el establecimiento del sistema ya que se desconoce su comportamiento.

Figura 2-20 Señal de Control

Se configurará el experimento con un tipo de muestreo fijo. El tiempo de muestreo se fijara por la variable Ts que será de 1 segundo por muestra. Ya que es un experimento externo este puede variar en función de las condiciones térmicas del laboratorio por lo que se apuntará la temperatura ambiente de la cámara para futuras consideraciones. Se ha anotado una temperatura inicial de 23.2 ºC. Solo falta diseñar la señal de control, para ello se diseñara una señal con dos escalones.

Como se ve en la figura se han fijado dos escalones, la señal pasa de 2 a 3 voltios a partir de la muestra 7500. Se han elegido estos escalones de valores tan bajos al desconocer el aumento de la temperatura debido al valor de la señal de excitación del circuito.

Tanto el tiempo de duración del experimento en Simulink como el de recogida de datos del Scope se fijará en 20000 segundos para obtener resultados óptimos y reales.


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2.3.3 RESULTADOS

Tras esperar las casi 6 horas de experimento se recogen los datos del software. La respuesta que se obtiene es la siguiente.

Figura 2-21 Salida Temperatura

No es una señal con la que se puede trabajar ya que antes hay que tratar la señal para eliminar los picos y así poder sacar la función de transferencia por medio de la prueba realizada.

Para poder ver los resultados e interpretar los datos obtenidos se necesita tratar la señal con diferentes programas y procesos.

Como se puede apreciar, la señal tiene una serie de picos tanto positivos como negativos que afectan a la apreciación real de la prueba. Se ve en la señal que de estar el proceso en una temperatura de unos 30 grados de repente aparece un pico de 100 grados lo que significa que es un error al recoger los datos, o ruido que se ha acoplado a la señal ya que estos cambios de temperatura no se pueden dar en la naturaleza salvo con procesos muy complicados y modernos.


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PRIMER TRATAMIENTO DE SEÑAL (FILTRADO)

Figura 2-22 Filtrado de señal

Se ha creado un programa en el lenguaje de programación propio de Matlab que realiza la función de filtrado de la señal. Así se obtiene la señal anterior donde se han eliminado los picos más importantes y se aprecia el aumento de la temperatura con respecto al incremento del escalón. Partiendo de una temperatura inicial de unos 24 grados con el primer escalón se estabiliza sobre los 27 grados y con el segundo escalón se aprecia una temperatura de 37. Para poder introducir esta señal en la aplicación Ident se tiene que colocar en el origen, por tanto se seguirá modificando la señal.

SEGUNDO TRATAMIENTO DE SEÑAL (NIVELADO)

Figura 2-23 Nivelado

Con el objetivo de introducirlo en la aplicación Ident se necesita reducir el valor inicial de la señal en 0. Introducirla en la aplicación sin nivelar daría un resultado erróneo ya que esta estaría multiplicada por una ganancia. Aquí se aprecia mejor que al aumentar la señal de control de 2 V a 3 V el incremento de temperatura es de 10 grados. Para que en la identificación de la función de transferencia no aparezcan las primeras muestras se eliminaran las 7000 primeras muestras.


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TERCER TRATAMIENTO DE SEÑAL (RECORTE)

Figura 2-24 Recorte

Al eliminar las primeras muestras se asegura tener el régimen establecido ya que la señal parte desde 0 V. Se hará lo mismo con la señal de control ya que el programa necesita que se le introduzca la señal de salida así como la de entrada.

Figura 2-25 Señal de control recortada y nivelada


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2.3.4 MODELO LINEAL

Con las señales preparadas se procederá a introducirlas a la aplicación Ident que permite identificar las funciones de transferencia en función de la señal de control y su correspondiente salida. Se ejecuta el comando Ident en la ventana de comandos de Matlab y aparecerá esta ventana.

Figura 2-26 Interface Aplicación IDENT

En la opción de “Import Data” se elegirá datos en el dominio temporal, saldrá una ventana en la que se tendrá que introducir tanto la señal de entrada como la de salida. Teniendo introducidas las señales a las cuales se quiere sacar la función de transferencia, en la pestaña “Estímate” se usará la herramienta de modelar procesos. En esta herramienta se puede definir el tipo de función con la que se quiere calcular la función de transferencia.

Como se ha analizado antes en el circuito del modelo simplificado, la señal se asemeja a un sistema de primer orden con un polo. Así que se seleccionará esta configuración y se le dará a la opción de estimar.

Figura 2-27 Función Ident


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La señal roja es la correspondiente a la función de transferencia, la señal se ajusta a los parámetros iniciales en un 89.34 % así que se puede considerar que el tipo de sistema es el correcto.

IJ� � 9K1 + �K1 ∗ H

Con los valores del cálculo del Ident la función de transferencia de la maqueta MT-542 corresponde a:

:�L� � 9K1 + �K1 ∗ H � 9.58141 + 2303.5 ∗ H

Con estos valores se podría sacar los parámetros físicos de la cámara pero es posible que no sean fiables ya que se trata de un modelo simplificado.


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2.3.5 CONCLUSIONES

Con los datos de la función de transferencia se sacará tanto la masa como el volumen de aire en la cámara ya que se trata del único parámetro modificable, el cual se modificará para realizar la nueva maqueta.

� � �G; 9K � �

:�H� � 91 + �H � ��GH + 1

� � 9.5814 → � � �G → 2303.5 � 9.5814 ∗ G → G � 240.4137

G � 8 ∗ GK → GK � GSTJUVLKVWíYZWJ � 1012 [\]∗�

8 � GGK � 240.41371012 � 0.2379^

La masa que se obtiene de los cálculos a partir de la función de transferencia es de 237 gramos algo demasiado grande para el volumen de la cámara. Esto significa que la función de transferencia no solo depende de una visión general del mismo sino que le afectan los tres tipos de transferencias de calor: convección, conducción y radiación.

Para no basarse en el estudio de un solo experimento se desarrollaran otros tantos. Uno de ellos contemplará la respuesta a una batería de escalones de misma amplitud para observar el incremento de temperatura entre cada escalón.

Se realizará otro experimento con escalones con amplitud variable, tanto negativa como positiva, así se puede observar lo que ocurre cuando disminuye la señal de control. Estos experimentos se adjuntaran en el Anexo I, así como una explicación mas detallada de la maqueta MT-542.


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3. DESCRIPCIÓN DEL PROTOTIPO

3.1 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

Una vez realizado el estudio de la maqueta MT-542 y con los objetivos establecidos se procederá al diseño de la nueva maqueta con las especificaciones fijadas. Los principales aspectos y objetivos que se quiere conseguir con la nueva maqueta son:

� Aumento de la velocidad del sistema

Para ello se ha pensado en la utilización de un ventilador que haga la función de homogeneizar el aire de la cámara, moviéndolo para conseguir estabilizar antes la temperatura. Otra medida que se va a estudiar para realizar esta acción es la reducir tanto la largura como la anchura del espacio de la cámara con respecto al modelo original, de esta manera habiendo menos volumen de aire es lógico que se caliente antes de lo normal. Esta última explicación se realizará en el caso de que el calefactor no genere la suficiente potencia como para calentar la cámara en un mínimo de tiempo. Ya que el tiempo de establecimiento del sistema en la maqueta MT-542 es superior a los 5000 segundos se espera rebajar dicho tiempo al menos al 50%.

� Mayor control por parte del usuario

Con el fin de que los futuros estudiantes de ingeniería puedan utilizar la maqueta de una manera más amplia, se van a colocar una serie de selectores que permitirán la entrada y la salida de los datos del sistema tanto manualmente como automáticamente. Con diversos selectores podrán elegir entre la entrada de datos manual (potenciómetro), vía PC y mediante la utilización de bornes de conexión. También se podrá acceder al valor de la salida del sensor de temperatura mediante sus correspondientes bornes.

� Linealización de la potencia aportada al circuito

El mayor problema es que la potencia aportada en forma de calor por una resistencia depende del cuadrado de la tensión divido por la resistencia de la misma. Esto supone una función de forma exponencial. Es decir, que cuando se introduce una señal de 5 voltios de un rango establecido de 0 a 10, la potencia aportada no es la mitad de la potencia máxima de la resistencia. Esto se solucionará colocando un bloque que compense esta desviación y con ello hacer lo mas lineal posible la función potencia. Este bloque se realizará mediante software o mediante hardware en función


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de la complejidad de realizarlo. Otra medida que se podrá utilizar es la utilización de calefactores que tengan como propiedad física una mayor linealidad de la potencia.

� Realizar un estudio detallado del sistema

Para ello se investigará que factores intervienen en el sistema. A partir de ahí se trasladaran todos los factores en ecuaciones con el fin de analizar el proceso matemáticamente. Para comprobar que el traslado de procesos físicos a números y variables es correcto se realizaran una serie de experimentos con las maquetas para saber si se ajustan correctamente unos con otros. Si el estudio matemático resulta demasiado complejo no se incluirá en el diseño propio de la maqueta, la única manera de incluirlo sería la creación de un bloque, principalmente software, que compense el sistema físico al sistema real.

� Montaje de una nueva planta

Todos los objetivos anteriores se van a implementar en una nueva maqueta con un diseño diferente. Para ello se diseñaran internamente todas las placas así como la estructura del grueso de la maqueta. Por un lado irá la urna con los actuadores y los sensores y por otro lado, una caja externa que contendrá las diferentes placas así como los controles para los usuarios con sus conexiones para comunicarse con otras maquetas y ordenadores.

Una vez explicados los objetivos se explicará en que constará la nueva maqueta. El nuevo diseño constará de una cámara similar a la maqueta MT-542 pero con diferentes dimensiones. La resistencia calefactora que proporcionará el calor a la cámara será de una potencia superior, si el calefactor de la maqueta antigua tenía una potencia de 250W esta tiene una de 500W, suficiente para observar el proceso esperado dentro de ella. Se ha desestimado otros calefactores, principalmente los disponibles en el laboratorio, debido a su lentitud y poca linealidad. Si el calor aportado por este calefactor no se ajusta a nuestros objetivos se colocará otro que los cumpla.

La cubierta será de metacrilato con un espesor de las paredes de 10 mm. Se ha utilizado este material porque mantiene muy bien el calor entre sus paredes sin apenas perder calor alguno al exterior.

En la parte exterior también se encontrará el modulo de conexiones donde se colocarán las placas así como las diferentes conexiones con el exterior. También se encontrará los controles del panel frontal, donde el usuario podrá elegir la manera de introducir las señales de control, diferenciando entre la vía manual, PC y la utilización de bornes de conexión. Para alimentar la maqueta se utilizará la red eléctrica común de 220 voltios.


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3.1.1 SENSORES

La temperatura en el interior de la cámara es analizada gracias a dos sondas de temperatura. La primera es un termistor PT100 (3 hilos) que proporciona una variación de resistencia proporcional a la temperatura. La segunda es un sensor electrónico de precisión LM35.

� Sonda PT100

El sensor PT100 es muy frecuente en la industria dada su alta linealidad y facilidad de empleo. Permite la medida de temperatura en un punto determinado y transmiten la información en Ohmios o en señal de 4-20 mA. Consiste en un arrollamiento muy fino de Platino bobinado entre capas de material aislante y protegido por un revestimiento cerámico.

El material que forma el conductor (platino), posee un coeficiente de temperatura de resistencia el cual determina la variación de la resistencia del conductor por cada grado que cambia su temperatura, se refleja en la siguiente ecuación:

� � � �1 + S � + S�� +⋯+ S`�`�

Se emplearan las medidas aportadas por este sensor para calcular el error en lazo cerrado frente a la referencia de temperatura deseada.

� LM35

El circuito integrado LM35 es empleado como sensor patrón (dada su alta precisión) y en labores de seguridad. Es un sensor de temperatura con una precisión de calibrado de 1ºC. Su rango de medida abarca desde -55ºC hasta 150ºC. La salida es lineal y cada grado centígrado equivale a 10 mV.

No requiere de circuitos adicionales para calibrarlo externamente. La baja impedancia de salida, su salida lineal y su precisa calibración hace posible que este integrado sea instalado fácilmente en un circuito de control.

Debido a su baja corriente de alimentación se produce un efecto de auto calentamiento muy reducido, para reducir aun más el calentamiento del mismo, se puede reducir la corriente mediante la colocación de una resistencia a la salida.


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3.1.2 ACTUADORES

Los actuadores han sido seleccionados para minimizar la duración de los experimentos y que estos se puedan realizar en un tiempo inferior a 2 horas (duración aproximada de una sesión de prácticas).

Como elemento calefactor se ha seleccionado una resistencia de 100 Ohm y 500 W de potencia en condiciones nominales (230 Vac). El calor disipado por este elemento es mucho mayor que el necesario para generar un incremento de temperatura en la zona de operación (30º, 80º). Es capaz de alcanzar los 200 ºC a potencia máxima en un periodo corto de tiempo. La distribución del calor se realiza mediante un radiador con aletas de gran tamaño, que permiten una disipación térmica uniforme en todas las direcciones.

La ventilación forzada en el interior de la cámara mejora este fenómeno, consiguiendo una temperatura homogénea en toda la cámara.

Los ventiladores empleados presentan unas dimensiones de 80x80x25 mm3, con una velocidad de giro de 3000 rpm cuando son alimentados a la tensión nominal de 24 VDC. En estas condiciones permiten desplazar 61 m3/h, lo que supone renovar la totalidad del aire contenido en la cámara en menos de un segundo.

� Resistencia Calefactora

Es una resistencia que proporcionará calor al sistema. El calefactor tiene que ser alimentado por corriente alterna, dando lugar a una potencia máxima de 500W. Esta potencia será regulable mediante la utilización del circuito de potencia.

Figura 3-1 Calefactor


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� Ventilador 1

El primero de los ventiladores tendrá la función de homogeneizar el aire de la cámara y de esta manera hacer que el sistema sea más rápido. Al mantener el aire en movimiento se producirá un equilibrio térmico más rápido pasando el calor de las moléculas más calientes a las más frías en menos tiempo que si estaría el aire estancado.

La velocidad de este ventilador se podrá regular, pudiendo hacer más rápido o más lento el sistema según convenga. Se podrá modificar mediante las bornas de conexión y mediante la utilización del potenciómetro multivuelta.

� Ventilador 2

Este ventilador servirá para introducir principalmente una perturbación en el sistema y observar como varia. A su vez podrá servir también para mover el aire pero en menor medida que el ventilador 1. Mediante dos tapas en la cámara se podrá prescindir de la perturbación. Quitando las mismas se inyecta aire desde el exterior al interior de la cámara con el fin de observar el comportamiento. De esta manera se podría observar como se recuperaría el sistema ante una perturbación. Como en el caso anterior la velocidad del ventilador será regulable. En este caso para poder realizar un control con dos grados de libertad se podrá controlar dicha velocidad por software además de por los otros dos métodos de entrada.

Figura 3-2 Ventilador 24 V

Tanto los sensores como los actuadores descritos se fijaran en al cámara sobre la que se realizaran los experimentos.


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3.1.3 MÓDULOS

El proyecto se va a montar en dos módulos independientes entre si. En una cámara de metacrilato se incluirán los sensores y actuadores del proceso. En una caja de conexiones aislada se incluirá la electrónica del proceso. Únicamente se dispone inicialmente de la caja de conexiones vacía así como de la urna de metacrilato.

CAJA DE CONEXIONES

Una vez diseñadas y construidas todas las tarjetas, estas deben estar comprendidas en un lugar seguro con el fin de no recibir daño alguno y conectar fácilmente unas tarjetas con otras. De la misma manera tampoco irán expuesta al calor desprendido por la cámara ya que la mayoría de los componentes tienen una temperatura de funcionamiento relativamente baja que en el caso de estar expuestos a una temperatura excesiva, podrían dañarse modificando sus propiedades y obteniendo resultados erróneos o fatales para el proceso.

Se va a utilizar una caja de conexiones para englobar las conexiones y tarjetas electrónicas. La caja de conexiones tendrá unas dimensiones de:

� Anchura = 220 mm

� Altura = 120 mm

� Largura = 300 mm

Figura 3-3 Caja de Conexiones


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Con este espacio sobrará para meter las placas y realizar las conexiones necesarias con el fin de que se mantengan protegidas de accidentes involuntarios. Así mismo se dejaran huecos con el fin de en un futuro poder incorporar más diseños y de integrar las fuentes de alimentación para que la maqueta sea autónoma y no dependa de alimentaciones externas salvo de la red eléctrica.

Se ha decidido colocar una serie de pegatinas para hacer más visual los controles tanto del panel frontal como del posterior. En ellas se distinguirán las fuentes de las cuales se puede controlar la potencia y la velocidad de los ventiladores. Así mismo se distinguirá el interruptor general como la alimentación de la caja de conexiones.

Mediante elevadores se han colocado las diferentes tarjetas apiladas entre sí para ahorrar espacio.

PANEL FRONTAL

Para que cumpla con el objetivo de que el usuario tengas más control sobre la maqueta se dispondrá de un panel frontal que incluirá lo siguiente:

� Interruptor de corte

� Selectores (Control de Potencia, Ventilador 1, Ventilador 2)

� Potenciómetros Multivuelta (Control de Potencia, Ventilador 1, Ventilador 2)

� Bornes de conexión (Control de Potencia, Ventilador 1, Ventilador 2,

Temperatura)

� Visualizador Temperatura Máxima

Figura 3-4 Panel Frontal


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PANEL POSTERIOR

Por la parte posterior de la caja se colocara el adaptador de red alterna con el fin de suministrar tensión a las otras partes del diseño, principalmente al calefactor y a las fuentes de alimentación integradas.

También constará de los cables de conexión entre la cámara y la caja de conexiones.

Figura 3-5 Panel Posterior

CÁMARA

Para conseguir todas las especificaciones exigidas se dispondrá de una cámara de metacrilato que contendrá aire en su interior para observar los progresos de la temperatura cuando es sometida a la planta a diferentes procesos. Consistirá en un habitáculo de metacrilato con paredes de un grosor de 10 mm y con dos agujeros redondos en las paredes laterales que tendrán como función introducir aire en el sistema y provocar una perturbación en el mismo. También servirá para enfriar la planta en caso de emergencia o como combinación en los experimentos.

Para la cámara, se ha diseñado un soporte en forma de puente con el fin de que no haya contacto directo entre la urna y la mesa o el lugar donde se realicen los experimentos.

Mediante una serie de escuadras y tornillería se han fijado los ventiladores y principalmente el calefactor para que no este en contacto con el metacrilato. Lo mismo ocurre con los sensores que se han fijado en la parte superior de la urna mediante dos escuadras.

Para un mejor diseño estético se ha colocado una serie de canaletas para llevar los cables de una manera más ordenada.

Estos cables irán a un registro colocado en la base del soporte de la urna. Mediante una serie de bornas y con dos racores más, se realizara la conexión entre la


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caja y la cámara. En el caso de que las fuentes de alimentación no cupieran dentro de la caja de conexiones, se diseñará un modulo externo fijado en el soporte de metálico de la urna donde se alojaran las fuentes.

Para las tapas de seguridad de entrada de aire, se han realizado dos cilindros de 75 mm de diámetro y 10 de grosor con el fin de tapar las salidas de la urna. Para evitar escapes de calor se han colocado juntas toroidales y se han colocado dos tiradores para que se puedan extraer de manera mas fácil y de esta manera delimitar las perdidas.

Las dimensiones de la misma son:

� Anchura = 370 mm

� Altura = 210 mm

� Largura = 170 mm

Figura 3-6 Cámara


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4. DISEÑO DE LA ELECTRÓNICA DE CONTROL

Para implementar lo especificado hay que utilizar una serie de componentes y dispositivos que ayudaran a realizar los diferentes diseños. Se desglosaran en varios apartados para estudiar una a una las diferentes tarjetas. Al disponer de suficiente espacio en la caja de conexiones se ha decidido realizar cada aplicación en una placa diferente, para el mejor control de posibles fallos y la mejor realización de los ensayos. Para cumplir con los objetivos especificados se van a realizar un total de 8 diseños diferentes:

� Medida de la Temperatura

� Control PWM

� Termostato

� Control de Potencia

� Alimentación

� Conexionado PC

� Conexionado Exterior

� Amplificación de Señales


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4.1.1 MEDIDA DE LA TEMPERATURA

Para controlar un sistema térmico es necesario utilizar una serie de sensores que monitoricen la temperatura para su posterior utilización.

Objetivo

El objetivo que se quiere conseguir con este circuito es modelar la temperatura. Se espera obtener unos valores comprendidos de tensión en función de la temperatura registrada. Para ello se ha fijado que el rango de operación del sistema sea de 0 a 100 grados centígrados. Con lo que para la temperatura de 0 grados la tensión de salida del circuito será también de 0 voltios, así como, para los 100 grados de temperatura la señal deberá tener un valor máximo fijado. Este voltaje se utilizara para el estudio de la dinámica del sistema por los estudiantes que utilicen dicha maqueta como herramienta de estudio.

Posibles alternativas

Se han estudiado varias opciones para la realización de este apartado clave en el proyecto. Una opción ha consistido en la utilización de un Puente de Wheatstone y la otra mediante la utilización de diferentes conversores.

Puente de Wheatstone

Se ha probado este circuito ya que emplea componentes sencillos y económicos. Tanto para esta alternativa como la otra, el sensor que se utilizará para linealizarla será una PT100, un sensor bastante lineal en las medidas que registra pero con una respuesta lenta debido a su recubrimiento de metal.

Figura 4-1 Puente de Wheatstone


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Este puente consiste en colocar 4 resistencias, siendo una de ellas el transductor de temperatura, en forma de puente de Wheatstone. Para que la linealización sea más precisa se colocará una resistencia en paralelo previamente calculada.

Además entre los terminales de la PT100 se colocará un seguidor de tensión para eliminar ruidos que alteren la señal. Con ello montado sobre una protoboard se ha estudiado su comportamiento. Los valores obtenidos son más o menos exactos con una precisión de más o menos 5 grados.

Dispositivos integrados

La opción encontrada utiliza dos conversores que convierten el parámetro físico de la temperatura en valores de tensiones lineales comprendidos entre 0 y 5 voltios. Estos dispositivos integrados permiten ser utilizados en varios rangos de temperaturas diferentes, en este caso, se precisa que sea de 0 a 100 grados.

Mediante la utilización de un conversor resistencia-corriente y fijando varias resistencias para linealizar el rango de 0 a 100 grados, se obtendrá a la salida una señal de 4-20 mA. Este dispositivo es el XTR105. Como lo que se quiere es convertir la temperatura en una señal de tensión, se utilizará otro conversor que convertirá la corriente en tensión. El dispositivo que se encargará de realizar esta función será el RCV420. De esta manera la temperatura será convertida en voltaje.

Se montó este circuito en la protoboard y se observó una precisión mayor en la temperatura obtenida con la temperatura real.

Opción elegida

Así que comparando las dos alternativas posibles se va a utilizar la opción de los conversores ya que linealiza mejor la temperatura que la otra alternativa. Además en caso de que se requiera ampliar el margen de temperatura el ajuste es más sencillo.

Componentes principales

Como el objetivo es convertir el rango de grados en un rango de tensión utilizaremos principalmente dos dispositivos integrados el XTR105 y el RCV420.


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XTR105

El primer circuito integrado es un transmisor de corriente, entre 4 y 20 mA, que es capaz de linealizar las señales que producen los diferentes sensores según las diferentes configuraciones, en este caso, irá ligado con una PT100. Es un dispositivo utilizado por su linealidad y su eficacia en ambientes industriales.

Figura 4-2 Diagrama de bloques XTR105

Internamente se compone de una serie de operacionales y fuentes de corriente capaces de linealizar la PT100. Este componente genera una corriente entre 4mA y 20mA con el fin de sacar los valores equivalentes de 0 a 100 grados de temperatura.

Las características principales del XTR105 son:

- La etapa de entrada está formada por un amplificador de instrumentación

ajustable.

- Bajo desajuste de error

- Amplio margen de alimentación

- Consta internamente de dos fuentes de corriente

- Ajuste de Offset opcional

- Operación con RTD de 2 y 3 hilos

- Bajo ruido en la corriente de salida

Las aplicaciones principales en el ámbito industrial se suelen encontrarse en automatizaciones, control de procesos y control remoto de temperatura y presión.


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RCV420

El otro componente principal de esta tarjeta es el conversor corriente-tensión que convertirá la señal 4-20mA en un equivalente en tensión de 0 a 5 voltios. Como el otro componente, el RCV420 es utilizado en ambiente industrial.

Figura 4-3 Diagrama de Bloques RCV420

Se compone de un amplificador de instrumentación que se encarga de convertir la corriente que le viene del exterior en tensión. Esto se produce con la ayuda de una serie de resistencias de precisión.

Las características principales del RCV420:

- Alta inmunidad al ruido

- Referencia interna a 10V

- Conversión con una precisión del 0.1%

Entre las aplicaciones que puede desarrollar se encuentran: la adquisición de datos, el control de procesos, la automatización industrial, el control industrial y la monitorización de maquinas.

Principios de diseño

Una vez explicados los componentes principales en el anterior apartado se procederá a explicar la configuración detallada del circuito para mostrar como va a ser el diseño de la tarjeta.


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Para conectar el XTR105 hay que elegir en una tabla las especificaciones del diseño, ya que dependiendo del rango y la temperatura mínima se elegirá una serie de componentes. Con esto se consigue saber el valor de varias resistencias que son las que corresponderán al amplificador de instrumentación que tiene a la entrada. Dichos valores se encuentran en la hoja de características del componente. En el caso del proyecto la temperatura mínima es de 0ºC. Por tanto los valores de las resistencias son las siguientes:

RESISTENCIA VALOR (Ohm)

RG 78.7

RZ 100

RLIN 33200

Tabla 4-1 Resistencias XTR105

En la resistencia denominada RTD irá la PT100 elegida para su linealización. Además se colocará un condensador y una resistencia en paralelo para rebajar la ganancia en modo común.

Figura 4-4 Conexionado XTR105

A la salida del XTR105 se colocara un transistor NPN y un condensador para conseguir que por la patilla 7 salga una corriente según las especificaciones de 4-20mA en función de la temperatura.


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En este punto la corriente es la deseada para ser introducida en el conversor corriente-tensión. Con estos datos la conexión del RCV420 es la siguiente:

Figura 4-5 Conexionado RCV420

La salida del XTR105 (patillas 10 y 7) se unirán físicamente a las 3 y 16 del RCV420 respectivamente. La salida convertida con valores de 0 a 5 voltios se obtendrá por las patillas 14 y 15. De esta manera estaría terminado el diseño de la placa.

Esquema

Figura 4-6 Esquema Circuito de Temperatura

Además de lo comentado antes, en el diseño de la placa hay que incluir las alimentaciones, así como los bornes de conexión para la salida de las señales y los terminales de la PT100. La alimentación será común para todas las placas.


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En el circuito es necesario utilizar una tensión de +12 voltios. La alimentación negativa de -15 V es requerida por el RCV420. Así mismo, se conectará la referencia a masa. Por tanto los bornes de conexión serán los siguientes:

� 5 Bornes para la alimentación (+15V,+12V,+10V,0V,-15V)

� 2 Bornes para los terminales de la PT100

� 2 Bornes para la tensión equivalente a la temperatura

La placa estaría lista para su impresión.

Layout

Ya que el circuito no está comprendido por muchos componentes será suficiente con la realización de la tarjeta PCB a una cara. Este será el fotolito de la placa de acondicionamiento de la PT100.

Figura 4-7 Layout Circuito de Temperatura

Antes de realizar la impresión de la tarjeta se han estudiado y modificado los componentes, principalmente los encapsulados, para que coincidan después de la misma. Para el diseño de todas las tarjetas se ha elegido el software ofertado por la distribuidora de componentes a la cual se han realizado los pedidos de los mismos. El software elegido ha sido el DesignSpark PCB.

Se ha descartado el software visto durante la carrera por la escasez de componentes con encapsulados correctos, la poca evolución del mismo y la dificultad de diseñar los circuitos impresos.


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Para hacernos una idea de cómo va a quedar la placa una vez hecha y con los componentes soldados, el programa de diseño nos permite tener una vista preliminar en 3D.

Figura 4-8 Visualización 3D Circuito de Temperatura

Esta es una visión muy general de la distribución de los componentes a lo largo de la placa. Las formas de los componentes no se corresponden con la realidad. Se utilizaran dos tipos de conectores: para la alimentación se utilizaran enchufables con el fin de suministrar o quitar fácilmente alimentación a la placa, para los demás, se soldaran conectores apretables con tornillo. Para los dispositivos integrados con encapsulado tipo DIP en vez de soldarlos directamente a la placa, se colocaran zócalos para evitar el riesgo de quemarlos durante su soldadura, de esta manera, cambiar los componentes por cualquier motivo será una tarea fácil. Ya que se va a realizar a una cara, las letras se verán al revés por el lado de las soldaduras. Por el lado de los componentes las letras se verán correctamente, eso si, a través de los 2 mm semitransparentes de la fibra de vidrio de la misma.

Con estas aclaraciones la tarjeta soldada y comprobada ha quedado así:

Figura 4-9 Foto Real Circuito de Temperatura


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4.1.2 CONTROL PWM

Es necesario controlar la potencia, para ello se necesitará realizar un proceso de control que permita manejar el sistema a tiempo real y de la manera más eficaz y lineal.

Objetivo

Como el objetivo es controlar la potencia dependiendo de la señal de control que se mande, se realizará un control PWM que modifique la potencia suministrada a la resistencia. Lo que se va a realizar es limitar el tiempo que está expuesta la resistencia a la tensión de la red.

Para controlar la resistencia se necesita realizar un circuito que compare una señal de control con una señal fija con el fin de aportar al circuito una potencia equivalente a dicha señal. Para ello se diseñará una señal triangular o similar de 0 a 10 voltios con el fin de compararla con la acción de control para obtener la señal PWM.


Es necesario realizar una señal con frecuencia variable que permita comparar la señal de control enviada por el usuario. Se han encontrado una serie de tipologías de diseño que realizaran dicha función.

Una de ellas se trata de una práctica realizada en clase de Electrónica Analógica en la cual se genera una onda triangular entre 10 y -10 voltios. En Internet se encontró un diseño diferente en que se utiliza una señal tipo diente de sierra que oscila entre 4 y 8 voltios.

Como lo que se quiere es comparar con una señal de 0 a 10 voltios será necesario en ambos casos realizar diferentes etapas de amplificación con el fin de ajustar ambas señales entre 0 y 10 y conseguir un control PWM exacto.

Señal Triangular

Mediante un circuito sencillo basado en dos operacionales y en la descarga y carga de un condensador a través de una resistencia se consigue una señal triangular con frecuencia ajustable mediante un potenciómetro y que tiene un rango de control entre 10 y -10 voltios.


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Figura 4-10 Señal Triangular

Señal dientes de sierra

Mediante este diseño, un oscilador 555 generará a la salida una señal de dientes de sierra de frecuencia fija entre unos valores comprendidos de 4 a 8 voltios.

Figura 4-11 Señal Dientes de Sierra

Opción elegida

Una vez hechas las pruebas con ambos diseños, se ha decantado por la primera opción porque la capacidad de variar la frecuencia supone una ventaja sobre la otra. Elegir esta opción no supone incrementar el numero de etapas de amplificación para conseguir la señal estipulada.

Una vez elegida la opción más adecuada para el proyecto hay que hacer una pequeña mención a las especificaciones de diseño de la tarjeta:


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- Señal Triangular de 0 a 10

Es necesario realizar una señal triangular de 0 a 10 con el fin de comparar una acción de control fijada por el usuario. Para poder trabajar con una amplia gama de frecuencias se diseñará para generar una señal que oscile entre 200 y 10000 Hz. La frecuencia será regulada por el potenciómetro de 100 K. Todo ello se realizará con dos etapas de amplificación además de la propia para general la señal triangular.

- Potencia máxima del 50%

Este concepto se explicará mas adelante, pero se necesita que la señal máxima, correspondiente a una tensión de control del 100%, equivalga en la salida a aportar un 50% de la potencia del calefactor al sistema. Con otros dos operacionales la tarjeta será capaz de realizar esta función.

- Aislamiento de masas e inversión de pulsos

Como en el caso anterior este concepto se explicará en el capitulo correspondiente al circuito de potencia. Es necesario aislar ambas masas del circuito tanto la masa general de la maqueta como la señal de masa de la red eléctrica. Para ello se colocará un optoacoplador que se encargará de ese fin. Es necesario introducirle una señal PWM con valor máximo de 5 voltios y con valor mínimo de 0. Con la comparación de la señal triangular y de la señal de control y fijando el nivel alto del PWM se obtendrá dicha señal que atacara al optoacoplador.

Para que la potencia aportada al calefactor se corresponda con la acción de control es necesario que la señal PWM este invertida. Es decir, si se quiere aportar un 20% de la potencia a la planta, la señal que ataque al optoacoplador deberá estar un 80 % a nivel alto. Todo esto es debido a la conmutación del transistor de salida y a la colocación de la puerta del dispositivo de potencia. En el capitulo correspondiente se explica este detalle.


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Principio de Diseño

- SEÑAL TRIANGULAR DE 0 A 10 V

Mediante dos operacionales LM741 y junto una serie de resistencias y un condensador se generarÁ una señal triangular con frecuencia variable. El condensador y la resistencia junto con el potenciómetro del primer amplificador permitirán modificar la frecuencia y aumentar o disminuir el rango de la misma.

Figura 4-12 Generación de Señal Triangular

En la patilla 6 del primer operacional habrá una triangular de 10 a -10 voltios. Esta señal tiene que ser acondicionada para que la acción de control pueda ser comparada con una señal triangular de 0 a 10 voltios. Hay que realizar varias etapas de amplificación. Se realizará en dos pasos: primero una reducción de la misma mediante una amplificación de ganancia negativa y después se le sumará una señal de voltaje constante y mediante ambos potenciómetros se conseguirá ajustar la señal triangular de 0 a 10 voltios.


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ETAPA 1 – GANANCIA NEGATIVA

Para realizar esta etapa se necesita un potenciómetro y una resistencia fija junto con un operacional.

Figura 4-13 Etapa 1 Amplificación

Se espera que en la salida de este amplificador aparezca una señal triangular de 5 a -5 voltios. La ecuación que relaciona la ganancia de esta etapa es:

A � V V � �R�R

Como la resistencia del potenciómetro es variable la señal se ajusta de manera más fácil a las especificaciones.


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ETAPA 2 – SUMADOR

Esta etapa requiere la utilización de 3 resistencias fijas del mismo valor y de un potenciómetro de resistencia variable. El operacional seguirá siendo el LM741.

Figura 4-14 Etapa 2 Amplificación

El ajuste de esta señal debe dar una señal de 0 a 10 voltios, de tipo triangular. En conjunto con la etapa anterior tiene que dar dicha señal. Para ello se sumará la señal de la etapa anterior con 10 voltios fijos. La relación de suma variará en función del potenciómetro.

V � c1 ? R�R d �V ? V��

La señal resultante será introducida al comparador.


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- POTENCIA MAXIMA DEL 50%

Como ya se dijo anteriormente esto se realizará mediante una etapa de acondicionamiento de la señal de control. Se espera que para los valores de control de 0 a 10 equivalgan a valores comprendidos entre 0 y 5. De esta manera se despreciaría un 50% de la potencia, reduciendo el ciclo de trabajo que es lo que se quiere conseguir. La razón por la que hay que realizar esta reducción viene de la rectificación y posterior filtrado de la señal de red. Explicado mejor en el circuito de potencia.

La potencia nominal del calefactor, a 220 voltios de alterna, es de 500W, pero se produce un aumento considerable de la potencia cuando no se alimenta con alterna sino con una señal continua rectificada, que es el caso.

e � f�� → 500 � 220�� → � � 96,8h)8

Con la resistencia teórica obtenida la nueva potencia es:

e � f�

� � i220 ∗ √2k�96.8 → e � 10007

Al doblarse la potencia real del calefactor y estando este alimentado con tensión continúa y constante, si no se reduciría dicha potencia, estaría sometido a un consumo mayor del que debería, la resistencia calefactora terminaría por dañarse y quemarse. Por esta razón se va a reducir a la mitad la potencia máxima.

Figura 4-15 Reducción de Potencia

Mediante dos etapas de amplificación de ganancia negativa se consigue llegar al objetivo. La primera reduce la señal a la mitad y la deja invertida. Y la segunda se encarga de volver dicha señal de control a valores positivos.


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- AISLAMIENTO DE MASAS E INVERSIÓN DE PULSOS

Lo que se quiere conseguir es que las masas del circuito de control y la masa de la red eléctrica estén separadas para no provocar puntos calientes en la tarjeta y dañar los circuitos. Esto se realizará mediante un optoacoplador con aislamiento galvánico.

Al optoacoplador se le introducirá la señal de la comparación entre la señal triangular y la señal de control reducida. La inversión de pulsos se debe realizar ya que el circuito de disparo del Mosfet se produce de la siguiente manera.

Cuando se envía una señal a un 20% a nivel alto supone que la excitación del Mosfet sea durante un 80% del tiempo, esto es debido al corte y la saturación del transistor a la salida del optoacoplador.

Figura 4-16 Comparación de Señales

Para realizar esto no hace falta más que comparar la señal de control con la triangular y de esta manera el control PWM estaría invertido. Los pulsos de entrada del diodo emisor del optoacoplador deben tener 5 voltios de nivel máximo y una corriente de entrada de al menos 20 mA.

Para entender todos los pasos que se producen en todo momento, mediante un sencillo ejemplo y con la grafica siguiente, se observará la creación del PWM cumpliendo con los objetivos especificados.


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Con una señal triangular de frecuencia 100 Hz y una acción de control de 8 V, el PWM final quedaría de la siguiente manera:

Figura 4-17 Señales del Circuito

Esquema

Una vez explicadas todas las partes del proceso el esquema general ha quedado así:

Figura 4-18 Esquema Circuito PWM


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Además de lo comentado antes en el diseño de la placa hay que incluir las alimentaciones así como los bornes de conexión para la salida de las señales. En el circuito es necesario utilizar una tensión de +-15 voltios para la alimentación de los amplificadores y del comparador. Los bornes utilizados son:

� 5 Bornes de Alimentación (+15V,12V, 10V, 0V, -15V)

� 3 Bornes (Señal de Control, Salida PWM, Referencia a masa alterna)

Además de estas alimentaciones es necesario colocar un regulador de 5 voltios para que genere los pulsos del control PWM con esa tensión.

Layout

Ya que existen 6 amplificadores operacionales, un comparador y un optoacoplador, además de varios componentes pasivos se diseñará la tarjeta a doble cara.

Fotolito Arriba

Figura 4-19 Fotolito PWM Arriba

Fotolito Abajo

Figura 4-20 Fotolito PWM Abajo


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Para observar si los componentes están bien colocados, se visualizará la misma en 3D para ver si hay que realizar alguna modificación en el caso de que algún componente se solaparía con otro.

Figura 4-21 Visualización 3D Circuito PWM

Soldando los componentes, el producto final es:

Figura 4-22 Foto Real Circuito PWM


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4.1.3 TERMOSTATO

Hay que controlar el proceso para que no supere de una determinada temperatura y así evitar riesgos innecesarios o daños por un exceso de la misma.

Objetivo

Como medida de control por si la temperatura se descontrola se realizará otro diseño que servirá como termostato para que a una determinada temperatura el circuito de potencia se desconecte. Esto se realizará con un relé que abrirá y cerrará su contacto.


En Internet se han buscado diferentes métodos para realizar esta aplicación. Se ha encontrado un diseño patentado y con garantía de que funciona, por ese motivo no se han buscado otras alternativas al observar las buenas críticas del diseño que se ha realizado.

Componentes principales

El diseño se compondrá de dispositivos integrados no vistos hasta entonces como son el LM35 que es un sensor de temperatura, el TL431 un generador de voltaje de referencia y el LM358 un amplificador doble con tensión baja a la salida.


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LM35

Con este sensor se controlará la temperatura de la cámara y junto con el circuito generará la tensión que corte el relé y desconecte el calefactor cuando su temperatura sobrepase la temperatura máxima de corte.

Figura 4-23 Sensor LM35

Es un sensor que destaca por ser muy lineal a la salida ya que genera orden de milivoltios proporcionales a la temperatura que este registrando.

Las principales características son:

- Calibrado en grados Celsius

- Bajo coste

- Alimentación de 4 a 30 voltios

- Baja impedancia de salida

La conexión del LM35 es muy sencilla ya que contiene tres patillas las cuales dos van a masa y alimentación, y la tercera es la que genera un voltaje proporcional a la temperatura registrada en grados centígrados.


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TL431

Es un dispositivo que mantiene un voltaje de referencia a la salida del mismo con estabilidad frente a los cambios bruscos de temperatura. Al tener una precisión aceptable se utiliza en el mercado para sistemas que necesiten tanto una alimentación como una señal de control específica y que esta no varié en ningún momento.

Figura 4-24 Dispositivo Integrado TL431

Las principales características del TL431 son:

- Voltaje de alimentación ajustable (2.5 a 36V)

- Impedancia de salida típica (0.22 Ohm)

- Voltaje de precisión del 2%

Junto con el potenciómetro de 2.2K se podrá ajustar el nivel de tensión de la salida del operacional o lo que es lo mismo, la temperatura a la cual se abrirá el contacto del relé y desconecte el suministro de potencia a la cámara.


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LM358

Es un amplificador operacional que sirve para realizar operaciones matemáticas, están alimentados con una única fuente de alimentación.

Figura 4-25 Operacional LM358

Las características principales son:

- Frecuencia internamente compensada

- Amplio rango de alimentación

- Tensión de salida entre 0 y 1.5 V

Este componente generará la tensión correspondiente que ayudará a seleccionar fácilmente la temperatura de desconexión del circuito. Si en la salida la tensión equivale a 800mV, la temperatura que hace referencia es a 80 grados.


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Mediante el ajuste del potenciómetro y midiendo a la salida del operacional con la referencia a masa se podrá fijar la temperatura de corte del relé. Si se quiere una temperatura máxima de 70 grados centígrados la tensión en esos bornes deberá ser de 700 mV.

El diseño para realizar esta aplicación es el siguiente:

Figura 4-26 Termostato

Con este circuito se conseguirá la aplicación deseada. El circuito partirá del LM35 que generará una tensión proporcional a la temperatura que registra, esta tensión está asociada con una etapa de amplificación. El TL431 y el potenciómetro se utilizan para establecer la temperatura límite de funcionamiento de la planta. A partir de esa temperatura el circuito desconectará y conmutará el relé para que corte el suministro de corriente a la resistencia calefactora. En el momento en el que la temperatura que mida el sensor este por debajo de la temperatura de desconexión el relé se rearmará y volverá a funcionar el circuito con normalidad.


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Esquema

Este sería el diseño que será trasladado a la placa:

Figura 4-27 Esquema Termostato

Así quedaría el diseño listo para su impresión y para soldar los componentes a las pistas de la PCB. El relé está alimentado a 12 voltios, así como, la totalidad del diseño. Tanto el operacional como el sensor utilizaran la misma alimentación del circuito. El LM35 no estará directamente soldado en la placa para poder llevar el sensor dentro de la cámara, ya que lo que no se puede hacer es colocar la placa dentro del horno, muchos componentes no soportarían la temperatura interna de la cámara. Las conexiones externas que tiene este circuito son:

� 5 Bornes de alimentación (+15V,12V,10V, 0V, -15V)

� 2 Bornes de la bobina del relé (CB1, CB2)

� 3 Bornes LM35 (Vs+,GND,VOUT)

Layout

El diseño de las pistas será el siguiente:

Figura 4-28 Layout Termostato


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Para ver cómo va a quedar el diseño, y como se van a distribuir los componentes se realizará una visión general en 3D del diseño.

Figura 4-29 Visualización 3D Termostato

Esta visualización 3D es meramente informativa, ya que los tamaños de los componentes y las características de los mismos no se ajustan a la realidad. De esta manera la placa final que ha resultado una vez comprobado que el funcionamiento de la placa es el correcto es:

Figura 4-30 Foto Real Termostato


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4.1.4 CONTROL DE POTENCIA

Hay que realizar una tarjeta que gestione la tensión de la red eléctrica y mediante la señal PWM excite al calefactor y caliente la cámara.

Objetivo

El objetivo es realizar un diseño que permita linealizar la potencia en función de una señal de ancho de banda. En esta misma tarjeta se encontraran las protecciones del circuito. Se colocará un fusible a la entrada de la red eléctrica y también el relé que desconecte el suministro de corriente a la carga en el caso de que haya superado la temperatura máxima.


Ya que se trata de un objetivo clave del proyecto, se van a estudiar múltiples alternativas que ofrece el mercado para realizar este tipo de control. Serán las siguientes:

� Control por Fase (Sin Integrado)

� Control por Fase (Con Integrado)

� Control por Ciclos

� Control por Continua


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� Control por Fase (Sin Integrado)

Con la idea del control de potencia del equipo de partida, se probó el diseño empleado en la maqueta MT542. Resulto un diseño sencillo ya que con la señal PWM del circuito de control solo es necesario el dispositivo de potencia así como una resistencia para comprobar el consumo de corriente.

Mediante un osciloscopio de potencia se observaron las señales de la corriente consumida por parte de la resistencia, así como, la caída de tensión alterna en el calefactor

Figura 4-31 Control por Fase (Sin Integrado)

� Control por Fase (Con Integrado)

La idea es la misma pero de esta manera entre la señal de control y el dispositivo de potencia se colocará un circuito integrado. Dicho integrado será capaz de detectar el paso por 0 de la señal de red con el fin de que el disparo del dispositivo de potencia (Triac) este alineado con la señal de la red. De esta manera se prescinde de un circuito de control PWM ya que únicamente con introducir el nivel de la acción de control al dispositivo valdría para realizar la función especificada.


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Siguiendo el mismo proceso que en la alternativa anterior se estudio la corriente y la tensión absorbida por la resistencia en función de la acción de control.

Figura 4-32 Grafica Control por fase (P/V)

� Control por Ciclos Enteros

Dicho control utiliza una idea diferente para hacer la misma aplicación. Con este modelo se va a hacer ante todo un control lineal de la potencia. Para este diseño es necesario fijar un tiempo equivalente a un número de ciclos de la red.

Fijando inicialmente el número de ciclos de la red se diseña un control PWM con la característica de que tenga una frecuencia equivalente al tiempo en recorrer el número de ciclos fijados. Realizado esto el funcionamiento es sencillo. Poniendo un ejemplo: si se ha establecido que serán 100 los ciclos de la red que se controlaran, si la acción de control es de 5 voltios, el PWM mantendrá disparado el TRIAC durante 50 ciclos y de esta manera se estará aprovechando al 50% la potencia del calefactor.

Aumentando el total de ciclos a controlar, se podrá diseñar un control mas preciso de la temperatura de la cámara.

Figura 4-33 Grafica Control por ciclos (P/V)


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Control por Continua

Se ha contemplado la idea de realizar una rectificación de la red y mediante un filtrado por capacidad conseguir un nivel de continua mas o menos estable. La función de la tarjeta será trocear dicha señal en función de la señal PWM. Este diseño como en el anterior será ante todo muy lineal.

Figura 4-34 Control de Continua

Opción elegida

Con todas estas posibles alternativas se han sacado las siguientes conclusiones:

El diseño del control por fase sin integrado ha dado resultados muy poco fiables por la imposibilidad de ajustarse a la frecuencia de la red. La red no tiene fija la frecuencia en ningún momento, ya que esta ronda siempre los 50 Hz. Por este motivo las capturas de la señal no se corresponden con la lógica inicial.

Lo que ocurre que al no estar sincronizada la señal PWM con la señal de la red, el disparo del Triac no se realiza en el punto de la senoidal que debería. Lo que se observa es que la corriente consumida por la resistencia es un continuo vaivén con lo que estará consumiendo para cualquier acción de control la misma corriente.

Debido a este aspecto se descarta este diseño ya que no supone ningún control sobre la potencia del calefactor. Y como todos los controles por fase, supone la creación de armónicos en la señal de la red que alteran los resultados de las mediciones.


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Descartada la primera alternativa se decidió estudiar otra vía diferente. Se estudió el control por ciclos enteros con el atractivo de obtener un control de potencia lineal ante todo.

La señal PWM se fijó con una frecuencia de 0.8 Hz lo que supone en tiempo algo más de 1 segundo. De esta manera se haría un control sobre alrededor de 80 ciclos de la red y con un refresco de la acción de control de 1 segundo.

Para ello se necesitó utilizar un circuito integrado capaz de realizar la detección de cruce por cero y dejar pasar los ciclos necesarios. Dicho componente es el optoacoplador MOC3041. En el que se introduce la señal PWM y él se encarga de realizar el disparo. Mediante el osciloscopio se ha comprobado su fiabilidad al realizar justo lo que se pretende con él. Se realizó la tarjeta y se comprobó su funcionamiento en la planta. Se diseñó un controlador que se encargaría de fijar en la cámara una temperatura de consigna. Surgió el problema de que la temperatura real del sistema presentaba un error considerable con la temperatura de consigna.

La razón de esto es que el sistema esta muy limitado por la acción de control. Si quisiéramos una tensión de control con 2 decimales supondría diseñar una señal de 0.05 Hz de frecuencia. Esto supondría un refresco de 20 segundos. Algo que es poco recomendable porque en ese tiempo la variación de la temperatura puede ser muy grande. Así que este diseño supondría mucha precisión para tiempos de refresco muy grandes y mucha velocidad para tiempos pequeños. Ya que es imposible fijar un termino medio del tiempo de refresco y del error producido se ha desestimado esta opción.

Tras esto, se ha estudiado otra alternativa documentada. El control por fase mediante la utilización del circuito integrado TCA785 significa volver al control inicial. Esta vez el problema de la sincronización de la señal con la red desaparecía por completo.

Dicho circuito integrado genera a la salida unas señales que servirán como disparo del Triac en función de una señal de control. El problema encontrado es la imposibilidad de tener una referencia común. El circuito de control tiene una masa distinta a la masa de la red. Esto produce puntos calientes en el sistema y muchos componentes sufren las variaciones del nivel de cero, llegándose a quemar en el instante. Además de por este motivo, el circuito integrado no permite una variación de la acción de control salvo que sea por un potenciómetro ligado al componente. Esto no se ajusta a nuestras especificaciones así que se descarta también esta opción.

Por ultimo, se estudió la rectificación de la red como posible alternativa para el control lineal de la potencia. Mediante una rectificación y un filtrado por capacidad, se consigue una señal lineal con algo de rizado de unos 320 voltios. Mediante un Mosfet se consigue trocear la continua y conseguir una precisión alta en el control de la potencia del calefactor.


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Visto esto y estudiadas las diferentes alternativas con detenimiento se ha procedido al diseño de esta ultima.

Componentes Principales

- KBPC 1006 – Puente Rectificador

- SSH7N90A – Mosfet de Potencia

Principios de Diseño

Como la principal característica del diseño es la rectificación y filtrado de la red, se colocará un puente de diodos que realizará un rectificado de onda completa y un condensador que filtre dicha señal para intentar aplanarla lo máximo posible.

Figura 4-35 Rectificación y Filtrado

Calculo de Condensadores

Queremos que la tensión de rizado no supere los 20 voltios. Para ello hay que realizar un cálculo sencillo para obtener el valor de los condensadores que se necesitan y conseguir como mucho, esa mínima variación de tensión.

e � f�� → 500 � 220�� → � � 96,8h)8


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La frecuencia de la red eléctrica en Europa es de 50 Hz pero al hacer un rectificado de onda completa la nueva frecuencia es el doble por lo que será de 100 Hz. El valor medio de la tensión será equivalente a 220 voltios por raíz de 2. Con estos datos se puede calcular el condensador que se necesita para realizar el filtrado.

G � f%2Y�fC � 3112 ∗ 100 ∗ 96.8 ∗ 20 � 800l:

Al no disponer de un valor tan grande se colocaran dos condensadores de valor 390 uF en paralelo para sumar 780 uF. Dicha tensión de rizado será fácilmente asumible por el sistema. Estos condensadores tienen que haber sido construidos previamente para aguantar dicha tensión, por ello, se ha escogido unos que aguanten hasta un máximo de 400 voltios.

Ya que los condensadores conservan la tensión almacenada mucho tiempo se ha colocado una resistencia de descarga, con valor de 150 K Ohm, para que en el paso de 20 segundos desde que se produzca la desconexión de potencia, estos se descarguen y no supongan un peligro al realizar algún tipo de mantenimiento en la electrónica.

Disparo del Mosfet

El Mosfet tiene la peculiaridad de que solo se dispara con valores positivos entre 2 y 30 voltios. Para ello se colocará un zener de 24 voltios delimitado con varias resistencias de potencia para que la tensión de ruptura del mismo no baje de la tensión que se necesita. Los cálculos para conseguir un nivel de 24 voltios constante son:

� � fC%m � fnon � 340f � 24f108� � 289hℎ8

Para asegurarse que el nivel de 24 voltios es constante se colocará un resistencia mayor. En este caso dos resistencias en paralelo de 68 K Ohm. Hay que decir que estas resistencias tienen que ser de potencia ya que deben de disipar 3 W por la diferencia de tensiones.

Esta tensión de 24 voltios se introducirá en el colector del transistor del optoacoplador para que los pulsos que salgan hacia la puerta del Mosfet tengan como nivel alto dicha tensión.


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Figura 4-36 Disparo de 24 V

La razón de aislar el circuito PWM con el de potencia supone librarse de problemas relacionados con la referencias de las masas. Otra de las razones de diseño del PWM es la de reducir la potencia a la mitad. Esto se debe a que el calefactor esta previamente diseñado para 220 V de alterna. Con este diseño le llegaran valores superiores a los 300 voltios de continua lo que significa que si esta mucho tiempo expuesto podría dañar el calefactor y la planta.

Por ultimo, se han invertido los pulsos ya que la saturación y el corte del transistor se produce de manera diferente a la lógica inicial de control. Esto significa que el emisor del transistor se colocara a masa y por tanto no habrá disparo del Mosfet cuando detecte un nivel alto en la entrada del diodo emisor. Cuando el diodo detecta un nivel positivo el transistor se satura y coloca en la puerta del Mosfet la referencia a masa. Para el caso contrario, cuando detecta un nivel bajo coloca los 24 voltios que dispararan al Mosfet.

Para ver su funcionamiento se han realizado dos capturas donde se observa la relación entre el control PWM y la tensión que cae en la carga. En la parte de arriba se observa la señal de 300 voltios troceada y en la parte de abajo la señal PWM que le llega del circuito de control.

Figura 4-37 Potencia al 10%


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Se observa como el PWM es inversamente proporcional a la tensión absorbida por la carga.

Figura 4-38 Potencia al 100%

En este caso, la potencia esta al máximo y esto equivale a un 50% del ciclo de trabajo de la señal.

Ya que se trata de una tarjeta con mucha tensión, además se trata de tensión continua, se incluirán una serie de sistemas de protección. Se colocará el relé de temperatura máxima del sistema, así como, un fusible para cortar el circuito en el caso de que haya un consumo excesivo de corriente. Se colocaran antes del rectificado ya que las corrientes y las tensiones se disparan tras el filtrado de la señal rectificada. Además el relé de 12 V no es capaz de controlar tensiones superiores a 220 V de alterna. Lo mismo ocurre al fusible, ya que esta construido para aguantar la tensión de la red eléctrica.

Otra forma de hacer la tarjeta más segura va a ser la colocación de los condensadores en un lugar de la caja de conexiones que no este al alcance de la mano para no recibir descargas innecesarias, que pueden llegar a ser mortales al tratarse de tensión continua.

Además, para proteger la carga, ya que se trata de una carga con algo de inducción se colocará un diodo en paralelo con la misma, que protegerá a la carga y sobre todo al circuito. A su vez, se colocará una red Snubber para que el Mosfet no sufra tanto al realizar las conmutaciones y disminuir las perdidas. Como es un elemento de potencia se incluirá un pequeño disipador para poder irradiar con más superficie el calor que genera.


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Red Snubber

Se colocará dentro del circuito de potencia una red RC Snubber con el fin de amortiguar las posibles resonancias parasitas y controlar la pendiente de la tensión del semiconductor. La incorporación de esta red permite reducir las perdidas en el paso a bloqueo. Las perdidas de conmutación pueden verse reducidas en un 40 %.

Figura 4-39 Red RC Snubber

Para calcular el valor de la R y C hay que realizar los siguientes cálculos:

Gm p oq ∗ rY2 ∗ f�� = 3 ∗ 150sH

2 ∗ 311 � 0.72s:

Como el objetivo principal es que este condensador se cargue mas rápido se va a colocar un condensador con una capacidad superior.

Gm � 0.1l:

Ahora se calculará la resistencia de la red Snubber:

� Res. Mínima

�m p f�o% � oq �

311f7� � 3� � 77.75h)8


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� Res. Máxima

�m < ��%��3 ∗ Gm � 1 ∗ 104uL3 ∗ 0.1l: � 3333.33hℎ8

Como lo que se quiere conseguir es una carga y descarga rápida se colocar,a una resistencia lo mas baja posible. De esta manera la red Snubber estará compuesta por los siguientes componentes:

Gm � 0.1l: �m � 100hℎ8

Disipador

Debido a que el Mosfet disipa mucha potencia debido a las conmutaciones del mismo se va a colocar un disipador que realice dicha función. Como se va a trabajar a media potencia la corriente eficaz que consumirá el calefactor será:

e � f�� → 500 � 220�� → � � 96,8hℎ8

fC%m � v1��f�r��rw � v1�� 340��rxw

� 340 ∗ √y

Como delta como máximo va a ser 0.5, la corriente máxima eficaz va a ser:

fC%m � 340 ∗ √y � 340 ∗ √0.5 � 240f

oC%m � fC%m� � 240f96.8hℎ8 � 2.48�


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Para asegurarse que la corriente con la que se hacen los cálculos es fiable, se utilizará una corriente mayor. El Mosfet tiene como característica de disipación una resistencia de encendido de 1.8 ohm y con una corriente eficaz fijada en 3 amperios la potencia del disipador será:

e � � ∗ o� = 1.8 ∗ 3� � 16.27

Para asegurarse de que el disipador vaya holgado y no sufra tanto, se van a sobredimensionar algunos datos del Mosfet. Se harán los cálculos para disipar una potencia de 25 W a una temperatura de 40 grados. El modelo térmico de cualquier elemento semiconductor con disipador es el siguiente:

Figura 4-40 Modelo Térmico

Los datos que se obtienen de la hoja de características son los siguientes:

e%Bz � 250{ → �V8K � 25ºG

�[4%Bz � 150ºG

Con estos datos la relación entre las diferentes resistencias térmicas es:

��[4� ? ��4� ? ��4B � �[4%Bz � �}e


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��[4� � �[4%Bz � �}e%Bz � 150 � 25240 � 0.52ºG/7

Para el cálculo de la resistencia térmica que relaciona la capsula y el disipador, hay que distinguir entre los diferentes aislantes que existen en el mercado y conseguir aislar eléctricamente el disipador del Mosfet.

En este caso se ha colocado una tira de Mica, material bastante bueno que aísla eléctricamente y transmite bien el calor. Para obtener el valor de la resistencia térmica hay que mirar en la siguiente grafica:

Figura 4-41 Grafica R.C-D

De aquí se obtiene que el valor de la resistencia sea:

��4� � 1.6ºG/7

La única incógnita es la resistencia que relaciona la temperatura del disipador con la del ambiente, que dependiendo el valor nos permitirá escoger entre un disipador u otro.

��4B � �[4%Bz � �}e � ��[4� � ��4� � 150 � 40

25 � 0.52 � 1.6 � 2.28ºG/7


_________________________________________________________



Se dispone en el laboratorio de un disipador tipo ZD-27, que como característica principal presenta que la resistencia térmica entre disipador y ambiente es de 1.8 lo que significa que anda justo para nuestros requisitos. Pero al haber sobredimensionado el cálculo el disipador se puede implementar.

Figura 4-42 Disipador

Además este disipador esta diseñado para eliminar el calor producido por elementos de media potencia. Al estar diseñado con aletas permite disipar mejor y más rápido el calor.

Esquema

Una vez explicado el funcionamiento general de la tarjeta el esquema electrónico resultante es el siguiente:

Figura 4-43 Esquema Circuito de Potencia


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Como se trata de una tarjeta que depende de las demás placas que engloban el proyecto se necesitan una serie de conectores.

� 2 Bornes de Alimentación General (Fase, Neutro)

� 2 Bornes de Act/Des del Relé (CB1, CB2)

� 2 Bornes de Control PWM (PWM, Masa)

� 2 Bornes de la Carga (Car1, Car2)

� 2 Bornes del Condensador (Con1, Con2)

Layout

Figura 4-44 Layout Arriba Circuito de Potencia

Figura 4-45 Layout Abajo Circuito de Potencia


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La visualización 3D de la tarjeta será:

Figura 4-46 Visualización 3D Circuito de Potencia

Con los componentes fijados y asegurándose de que las pistas estén bien soldadas, se ha probado con resultado satisfactorio. La tarjeta ha quedado así:

Figura 4-47 Foto Real Circuito de Potencia


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4.1.5 ALIMENTACIONES

Todas las tarjetas necesitan ser alimentadas para que puedan funcionar correctamente.

Objetivo

Como los componentes tienen establecidos sus tensiones de alimentación, y no son las mismas para todos, hay que colocar una serie de reguladores. De esta manera se necesitaran menos componentes ya que al colocar los reguladores de tensión en esta tarjeta distribuidora no será necesario colocar cada regulador en la placa que sea necesaria. De esta manera se podrá ahorrar espacio y dinero.

Componentes Principales

La corriente y la alimentación de 24 voltios y +- 15 voltios será suministrada por dos fuentes de alimentación diferentes. Se incluirán dos reguladores fijos tanto de 10 como de 12 V.

LM7810 – LM7812

Son reguladores de tensión que permiten obtener a la salida, la tensión especificada en cada uno de ellos. En el caso del primero de 10 voltios y en el segundo de 12.

Figura 4-48 Reguladores LM78

Las principales características de estos reguladores son:

- Corriente máxima de 1 A

- Protección interna a las sobrecargas

- Sin necesidad de colocar otros componentes


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Como no se sabe la potencia máxima a aportar de los diferentes dispositivos se realizara un estudio de consumo con el fin de saber la corriente requerida. De esta manera se sabrá si la fuente de laboratorio sirve para alimentar todo el proceso durante las pruebas y los ensayos.

Acondicionamiento PT100

COMPONENTE CORRIENTE CANTIDAD CORRIENTE TOTAL

XTR105 0.8 mA 1 0.8 mA

RCV420 4 mA 1 4 mA

BDX53C 4mA 1 4 mA

1N4148 2 mA 1 2 mA

SUBTOTAL 10.8 mA

Tabla 4-2 Consumo Acondicionamiento PT100

Control PWM


LM741 2.8 mA 6 16.8 mA

LM311 4 mA 1 4 mA

MCT6 30 mA 1 30 mA

REGULADOR 5V 8 mA 1 8 mA

SUBTOTAL 58.8 mA

Tabla 4-3 Consumo Control PWM


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Termostato


LM35 0.1 mA 1 0.1 mA

LM358 20 mA 1 20 mA

TL431 1 mA 1 1 mA

1N4148 2 mA 2 4 mA

1N4007 2 mA 2 4 mA

LED 20 mA 1 20 mA

BC558 20 mA 1 20 mA

ZENER 12V 1.54 mA 1 1.54 mA

SUBTOTAL 70.64 mA

Tabla 4-4 Consumo Termostato

Circuito de Potencia


SSH7N90A 35 mA 1 35 mA

ZENER 24V 1.5 mA 1 1.5 mA

KBPC 1006 0.2 mA 1 0.2 mA

SUBTOTAL 36.7 mA

Tabla 4-5 Consumo Circuito de Potencia


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Alimentaciones


REGULADOR 10 V 8.5 mA 1 8.5 mA

REGULADOR 12 V 8 mA 1 8 mA

SUBTOTAL 16.5 mA

Tabla 4-6 Consumo Alimentaciones

Conexionado Exterior


ZENER 12 V 1.54 mA 1 1.54 mA

ZENER 10 V 2 mA 1 2 mA

SUBTOTAL 3.54 mA

Tabla 4-7 Consumo Conexionado Exterior

Amplificación de señales


LM741 2.8 mA 1 2.8 mA

L272 8 mA 2 16 mA

VENTILADOR 24V 150 mA 2 300 mA

SUBTOTAL 318.8 mA

Tabla 4-8 Consumo Amplificación de Señales


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Analizados todos los consumos por separado, se realizará la suma para calcular el total de la corriente requerida por los diferentes componentes del sistema.

Total

CAPITULO CORRIENTE

ACONDICIONAMIENTO PT100 10.8 mA

CONTROL PWM 58.8 mA

TERMOSTATO 70.64 mA

CIRCUITO DE POTENCIA 36.7 mA

ALIMENTACIONES 16.5 mA

CONEXIONADO EXTERIOR 3.54 mA

AMPLIFICACIÓN DE SEÑALES 318.8 mA

TOTAL 515.78 mA

Tabla 4-9 Consumo Total

Con este resultado las fuentes de alimentación del laboratorio tienen que suministrar una corriente máxima de 515.78 mA. Cabe decir que los datos de las tablas representan las corrientes máximas que pueden consumir, así que el valor de la corriente que debe aportar será siempre menor que el calculado.


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Fuente de alimentación +/-15V

La fuente de alimentación de +- 15V tiene que suministrar 215.78 mA, por lo que seleccionando una fuente que suministre 0.5 amperios sería suficiente.

Figura 4-49 Fuente de Alimentación +-15V

Las especificaciones de esta fuente de alimentación son:

PARÁMETROS CANTIDAD

Corriente de Salida 0.5 A

Dimensiones 22x54x74 mm

Numero de Salidas 2

Peso 140 g

Potencia Nominal 15 W

Regulación de Carga 5%

Regulación de Línea 0.3 %

Rizado y Ruido < 1%

Temperaturas de Funcionamiento -25/71 ºC

Tensión de Entrada 90/264 Vac

Tabla 4-10 Especificaciones Fuente +-15V


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Fuente de Alimentación 24 V

La fuente de alimentación de 24V tiene que suministrar algo más de 300 mA, por lo que seleccionando una fuente que suministre 0.5 amperios será suficiente.

Figura 4-50 Fuente de Alimentación 24V

Las especificaciones de la fuente son:

PARÁMETROS CANTIDAD

Corriente de Salida 0.5 A

Dimensiones 35x48x51 mm

Numero de Salidas 1

Peso 130 g

Potencia Nominal 12 W

Regulación de Carga 5%

Regulación de Línea 0.5 %

Rizado y Ruido 1%

Temperaturas de Funcionamiento 0/40 ºC

Tensión de Entrada 90/264 Vac

Tabla 4-11 Especificaciones Fuente 24 V


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Realizado el estudio de las tensiones y corrientes requeridas se procederá al diseño del esquema eléctrico de la placa que proporcionará alimentación a todas las demás tarjetas. En la entrada de la misma se conectaran las tensiones +-15V de la fuente de alimentación junto con la masa de la fuente. La tensión de 24 V irá conectada a la tarjeta de amplificación de señales que es la única que necesita dicha tensión. A continuación de la tensión positiva de +15V se colocaran dos reguladores de tensión fija. De esta manera, de la señal de 15 voltios se obtendrán tanto 12 como 10 voltios. Como se quiere distribuir la alimentación entre otras 5 tarjetas se colocaran 5 conectores de alimentación.

Esquema

Figura 4-51 Esquema Alimentaciones

La alimentación de + - 15 voltios se utilizara principalmente para alimentar a los amplificadores operacionales. La alimentación negativa también la utilizará el conversor corriente-tensión.

Por otro lado, la alimentación de 12 voltios se utilizará para suministrar tensión al circuito del termostato. De la misma manera la tarjeta de acondicionamiento de la PT100 esta íntegramente alimentada a dicha tensión.

Por último, la alimentación de 10 voltios servirá para regular la tensión de control de los actuadores mediante el sistema manual, es decir, mediante los potenciómetros con sus diales correspondientes. De esta manera se podrá obtener en la salida del potenciómetro el mismo valor de tensión que muestra su correspondiente dial. También se utilizará para regular la señal triangular del control PWM.


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Por tanto los bornes de conexión que componen esta placa son:

� 3 Bornes de la fuente (+15V,-15V, 0V)

� 5 Bornes de alimentación Circuito Temperatura

� 5 Bornes de alimentación Termostato

� 5 Bornes de alimentación PWM

� 5 Bornes de alimentación Panel Frontal

� 5 Bornes de alimentación Amplificación de Señales

El diseño esquemático estaría diseñado solo quedaría trasladarlo al Layout y montarla en el proyecto.

Layout

Es una placa muy sencilla así que se hará a una sola cara.

Figura 4-52 Layout Alimentaciones

Mediante el programa de diseño se puede ver cómo va a quedar en tres dimensiones la tarjeta:

Figura 4-53 Visualización 3D Alimentaciones


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Soldando los conectores y los reguladores a la placa, esta ha quedado así:

Figura 4-54 Foto Real Alimentaciones


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4.1.6 CONEXIONADO PC

Como se quiere que exista un mayor control de la planta por parte del usuario, una de las medidas tomadas es la utilización de un PC para transmitir y recibir las señales de entrada y salida del proceso.

Objetivo

Para realizar esto se utilizará un conector específico para la transmisión de señales al ordenador. Las señales que se transmitirán controlaran principalmente los actuadores de la planta (Calefactor, Ventilador). Las señales que se podrán leer y escribir por ordenador serán:

� Señal de salida 1 – Acción de control de la potencia del circuito

� Señal de salida 2 – Acción de control del ventilador (Perturbación)

� Señal de entrada 3 – Tensión proporcional a la temperatura de la planta


Para realizar esto se necesitará un conector especial para mandar las señales al PC y otro conector para trasladar las señales a las diferentes tarjetas del proyecto. Al disponer de una tarjeta de adquisición de datos tipo PCI-6229, el conector que se utilizará será el SCSI-68. La señal de entrada irá conectada a la salida de la placa de acondicionamiento de la PT100. En cambio las otras dos salidas del circuito irán conectadas a la placa del panel frontal que se explicará posteriormente. Para cada entrada y salida habrá que referenciar dichas señales a una masa común.

Figura 4-55 E/S Conector SCSI68


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En la figura anterior se muestran los pines de los que esta compuesto el conector SCSI 68, se han pintado en color los que se van a utilizar para el proyecto. En la siguiente figura se explica cual es la función de cada pin que se va a utilizar.

PINES COLOR FUNCION

68 ROJO ENTRADA

21,22 VERDE SALIDA

54,55,64 AZUL MASA

Tabla 4-12 E/S Conector SCSI68

Esquema

Para cada entrada y salida que se utiliza se necesitará referenciar a masa cada señal.

Figura 4-56 Esquema Conexionado PC


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Layout

No acarrea mucha complejidad este diseño ya que en conjunto solo se utilizan dos componentes, un conector y una clavija de 68 pines.

Figura 4-57 Layout Conexionado PC

Para hacernos una idea de la poca complejidad del diseño se observará en tres dimensiones como va a quedar la placa.

Figura 4-58 Visualización 3D Conexionado PC

Por último y tras realizar las soldaduras pertinentes la placa ha quedado así:

Figura 4-59 Foto Real Conexionado PC


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4.1.7 CONEXIONADO EXTERIOR

Es necesario realizar el conexionado entre las diferentes señales de las tarjetas y los elementos del panel frontal.

Objetivo

Se ha decidido diseñar esta placa con el fin de tener un orden en la distribución de las señales de los diferentes componentes del panel frontal. Debido a la existencia de diferentes selectores y bornes de conexión mediante esta placa se realizará de manera más sencilla.

Ya que existe una gran variedad de selectores y bornes de conexión, se necesitará organizar los destinos de las diferentes señales de entrada y salida.


Mediante una pequeña tarjeta se gestionaran las señales de los tres tipos de señales de entrada: vía PC, vía Input y vía Manual. Se conectaran cinco conectores de 8 pines:

- Selector y Bornes 1 -> Se conectaran los bornes positivos del modo entrada, así

como las salidas de los potenciómetros multivuelta y las dos primeras entradas

del selector de la potencia.

- Selector y Bornes 2 -> Se conectaran las entradas restantes del primer selector

y de los demás selectores. También se conectará el borne positivo de la tensión

equivalente a la temperatura de la planta.

- PC -> Se conectarán las dos salidas del PC y también se conectará la tensión

equivalente a la temperatura como entrada en la tarjeta de adquisición de

datos. Por la patilla 1 del conector se referenciará a masa.

- Entradas Pot -> Tanto la salida como la entrada de los potenciómetros

multivuelta se conectaran a 10 voltios y a masa para conseguir la linealización

de la tensión de entrada mediante el dial.


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- Negativos Bornes -> Se conectaran los bornes negativos de las entradas y

salidas en modo Input.

Además de los conectores de distribución, se colocará un conector de alimentación principalmente para la linealización de los potenciómetros multivuelta.

También para proteger el circuito sobre todo para fallos en la alimentación correcta se colocará un regulador de tensión mediante un zener para un posible sobrepasamiento de la tensión máxima admitida. Estos servirán para regular posibles fallos de alimentación siempre y cuando se detecten en un pequeño periodo de tiempo y solo para los bornes del modo Input.

Para poder acceder a la tensión procedente del control de temperatura se ha colocado un conector de 2 pines para poder conectar dicha tensión.

Esquema

Con estas especificaciones el esquema que ha resultado ha sido:

Figura 4-60 Esquema Circuito Exterior


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Layout

Ya que el esquema no tiene mucha complicación y tampoco tiene variedad de componentes la placa se realizará a una sola cara. El diseño PCB ha quedado de la siguiente manera:

Figura 4-61 Layout Circuito Exterior

Mediante la herramienta del programa de diseño se puede ver cómo va a quedar en tres dimensiones la tarjeta:

Figura 4-62 Visualización 3D Circuito Exterior

Soldando los conectores y los diferentes componentes a la placa, el resultado final de la tarjeta ha sido:

Figura 4-63 Foto Real Conexionado Exterior


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4.1.8 AMPLIFICACIÓN DE SEÑALES

Hay señales que necesitan ser amplificadas para poder trabajar con un rango mas adecuado.

Objetivo

Se ha necesitado diseñar esta placa a razón de que la tarjeta de adquisición de datos no suministra la corriente necesaria para mover los ventiladores. También la señal de salida del acondicionamiento de la PT100 se va a amplificar únicamente para la salida del panel frontal.

Principios de Diseño

Los ventiladores de 24 voltios a su tensión nominal necesitan una corriente de 150 mA, que la tarjeta es incapaz de suministrar. Para ello se va a colocar una etapa que amplifique dicha corriente. De esta manera, se va a conseguir linealizar las tensiones de entrada de los ventiladores.

� 0 a 10 Voltios de Entrada (Modo Input, Modo Manual y Modo I/O Port)

� 0 a 24 Voltios a la Salida (Ventilador)

Con una simple etapa de ganancia positiva se va a poder realizar esto. El amplificador operacional que se va a utilizar es el L272, con la característica principal de que la corriente de salida máxima es de 0.7 amperios. Se va a necesitar colocar dos amplificadores para suministrar la corriente necesaria a cada ventilador.

V V = 1 ? R�

R →2410 � 1 + R�

R → 1.4 = R�R

R = 1.5KOhm → R� = 2KOhm

Se colocaran estos valores de resistencias para ambos ventiladores.


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Se va a aprovechar esta tarjeta para amplificar de la misma manera la tensión equivalente a la temperatura de la borna del panel frontal. La tarjeta de acondicionamiento de la PT100 genera valores comprendidos entre 0 y 5 voltios. Con una simple etapa de ganancia positiva, se pueden duplicar estos valores.

V V � 1 ? RuR+

→ 105 � 1 ? Ru

R+→ 1 � Ru

R+

R � 1KOhm → R� � 1KOhm

Esquema

Figura 4-64 Esquema Amplificación de Señales

Para alimentar los L272 y conseguir que saquen la tensión máxima del ventilador, tienen que ser alimentados con 24 V. En cambio para el LM741, el encargado de amplificar la temperatura, se utilizará la tensión típica de +- 15V.

� 5 Bornes de alimentación (+15V,12V,10V, 0V, -15V)

� 2 Bornes de alimentación (+24V, 0V)

� 3 Bornes de entrada de señales (Ven1, Ven2, Temp.)

� 3 Bornes de salida de señales (Ven1, Ven2, Temp.)


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Layout

Se va a realizar la tarjeta en una sola cara porque no se trata de una placa con gran cantidad de componentes.

Figura 4-65 Fotolito Amplificación de Señales

Mediante la herramienta del programa de diseño se puede ver cómo va a quedar en tres dimensiones la tarjeta con los componentes soldados:

Figura 4-66 Visualización 3D Amplificación de Señales

Finalmente la ultima tarjeta con los componentes soldados y comprobado su funcionamiento ha quedado así:

Figura 4-67 Foto Real Amplificación de Señales


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4.2 CONEXIONADO

Para la distribución de la alimentación de la tarjeta de alimentaciones se ha decidido utilizar un cable de 5 hilos con una sección considerable a la corriente necesaria por las diferentes tarjetas. El código de colores es el siguiente:

ALIMENTACION INTERNA COLOR TENSION

GRIS +15V

ROJO +12V

AZUL +10V

BLANCO GND

VERDE -15V

Tabla 4-13 Cableado Interno

Para el caso del conexionado exterior se ha decido la utilización de un bus de 14 cables. Al tener diferentes colores, la asociación a las diferentes señales se realizará de manera más sencilla. Los conectores tendrán como máximo 8 señales. Los diferentes conectores han quedado de la siguiente manera:

SELECTOR Y BORNAS 1 COLOR DESCRIPCIÓN

AMARILLO BORNA 1 POSITIVO

NARANJA BORNA 2 POSITIVO

ROJO BORNA 3 POSITIVO

MARRON SALIDA 1 POTEN.

NEGRO SALIDA 2 POTEN.

BLANCO SALIDA 3 POTEN.

GRIS ENT 1 SELECTOR 1

MORADO ENT 2 SELECTOR 1

Tabla 4-14 Selector y Bornas 1


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SELECTOR Y BORNAS 2 COLOR DESCRIPCIÓN

MORADO ENT 3 SELECTOR 1

GRIS ENT 1 SELECTOR 2

BLANCO ENT 2 SELECTOR 2

NEGRO ENT 3 SELECTOR 2

MARRON ENT 1 SELECTOR 3

ROJO ENT 2 SELECTOR 3

NARANJA ENT 3 SELECTOR 3

AMARILLO BORNA TEM. POS.

Tabla 4-15 Selector y Bornas 2

CONEXIÓN PC COLOR DESCRIPCIÓN

NARANJA PC 1

AMARILLO PC 2

VERDE PC 3

AZUL PC4

Tabla 4-16 Conexión PC

ENTRADAS POT COLOR DESCRIPCIÓN

MORADO ALIMEN. POT 1

GRIS MASA POT 1

BLANCO ALIMEN. POT 2

NEGRO MASA POT 2

MARRON ALIMEN. POT 3

ROJO MASA POT 3

Tabla 4-17 Entradas Pot


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NEGATIVO BORNES COLOR DESCRIPCIÓN

NARANJA BORNA TEM. NEG.

AMARILLO BORNA 1 NEG.

VERDE BORNA 2 NEG.

Tabla 4-18 Negativo Bornes

Para las demás conexiones dentro de la caja se ha decido la utilización de cable unipolar para la conexión entre tarjetas.

Para la conexión entre la caja y la cámara se van a utilizar dos mangueras. Es necesario llevar los cables de todos los actuadores y sensores de la planta a la caja de conexiones. Una manguera de señal de 8 hilos y otra de 2 hilos de sección considerable para alimentar el calefactor realizaran dicha función.

Se va a utilizar un total de once cables. Para reducir la cantidad de cables se conectaran de manera conjunta las dos masas de los ventiladores. Con un manguera de 2*1.5 de sección se conectará al calefactor con la salida del circuito de potencia, esta sección será suficiente para la corriente que circulará por el cable. Con otra manguera de 8 hilos de señal se llevaran los demás cables. Los cables se distribuirán de la siguiente manera:

CABLEADO PLANTA SEN/ACT Nº CABLES

VENT 1 2

VENT 2 2

PT100 2

LM35 3

CALEFACTOR 2

Tabla 4-19 Cables Planta Térmica

Además de la conexiones entre la caja de conexiones y la cámara, en la parte posterior también se encuentra el adaptador de alterna monofásica y el conector SCSI68 para conectarse con la tarjeta de adquisición de datos.


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CONEX. PLANTA COLOR DESCRIPCION

MANGUERA 2X1.5 AZUL BORNA 1 CALEFACTOR

MARRON BORNA 2 CALEFACTOR

MANGUERA 8 HILOS BLANCO BORNA 1 LM35 (V +)

ROJO BORNA 2 LM35 (V OUT)

AZUL BORNA 3 LM35 (GND)

GRIS BORNA POS VENT. 1

MARRON BORNA POS VENT. 2

NEGRO BORNA NEG. VENT.

VERDE BORNA 1 PT100

AMARILLO BORNA 2 PT100

Tabla 4-20 Conexión Planta

Por ultimo, para la alimentación de alterna se conectará el adaptador al interruptor general. De ahí se alimentará a las fuentes de alimentación integradas y la placa del circuito de potencia. De esta manera quedará protegido el circuito una vez cortada la alimentación general.

Ya estaría acabado el conexionado.


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4.3 PROBLEMAS ENCONTRADOS

PROBLEMA 1 – CONTROL DE POTENCIA

La elección del diseño de la tarjeta para controlar la potencia ha supuesto mucho tiempo y la utilización de diferentes componentes. Se ha utilizado una amplia gama de elementos de potencia, entre ellos, diferentes Triacs y Mosfets.

Ya que el mercado proporciona bastante variantes de diseño, antes de centrarse en una, se han estudiado varios modelos para que el que sea elegido se ajuste mejor a las especificaciones iníciales.

La inversión económica para el diseño de potencia ha sido cuantiosa ya que se han utilizado una gran variedad de componentes de diferente índole.

Encontrar el diseño que ha sido implementado en el proyecto ha costado bastante tiempo hasta que el control por continua ha funcionado a la perfección.

Durante este tiempo se han ido descartando diferentes diseños de control, entre ellos, dos diferentes diseños basados en el control por fase y otro diseño basado en el control por ciclos. Ha supuesto el mayor reto del proyecto ya que sin este diseño el proyecto perdía toda la entidad.

Se ha conseguido que el control de potencia sea lo más lineal posible y genere una potencia considerable para calentar la planta.

PROBLEMA 2 – ALIMENTACION DE VENTILADORES

No se contemplaba la opción de realizar ningún tipo de amplificación de señal para los ventiladores. Pero se observó el problema de la necesidad de aportar un mínimo de tensión aparte de la corriente necesaria para su arranque.

Con un voltaje inferior a 9 voltios los ventiladores de 24 V no pueden moverse. Esto supuso la necesidad de colocar una etapa de amplificación tanto de corriente como de tensión para conseguir que el proyecto tenga dos grados de libertad y con esto conseguir que el proyecto tenga más peso.

En un principio los ventiladores iban a ser controlables ambos por software pero se consideró necesario que el ventilador colocado para homogeneizar el aire estuviese en todo momento activado. De esta manera la velocidad del sistema aumenta considerablemente.

Los agujeros en la cámara permanecerán abiertos en todo momento ya que el calor generado por el calefactor es tan fuerte que es necesario introducir aire del exterior para que la ganancia del sistema no se dispare.


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5. MODELADO DEL PROTOTIPO

5.1 MODELO MATEMÁTICO

Una vez realizado el estudio teórico de los procesos que intervienen en el intercambio de calor en la planta, se realizara un pequeño modelo del sistema para obtener una ecuación que relacione todos los factores que suceden en el proceso. En la siguiente figura se muestra un esquema simplificado del proceso.

Figura 5-1 Modelo Matemático Prototipo

Se dispone de una fuente de calor situada en el interior de una cámara que genera un flujo calorífico empleado para mantener la temperatura de trabajo. El calor por la resistencia calefactora qg esta determinado por la acción u de control según:

�]�r� � y�r� ∗ f�� = 0.01l�r� ∗ 315

�

100 �1�

V -> Tensión de alimentación 315 VDC

R -> Resistencia eléctrica del calefactor 100 Ohm

δ -> Ciclo de trabajo del conversor cc-cc

u -> Acción de control


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El calor cedido al ambiente por el flujo de aire frío entrante en la cámara (2) depende del flujo másico de aire y de la temperatura en el exterior de la cámara. Las pérdidas a través de las paredes (3) dependen de la conductancia térmica de la misma y de la temperatura externa.

�� r� � 8� }��r� ∗ G�i��r� � �S�r�k�2�

��r� � 1� i��r� � �S�r�k�3�

T -> Temperatura en el interior de la cámara

Ta -> Temperatura ambiente

k -> Conductancia térmica de la cámara 8� }� -> Flujo másico de aire entrante

CP -> Calor especifico del aire

En régimen permanente el balance energético debe mantenerse (4), por lo tanto el calor generado será igual al cedido al ambiente tal que:

y�r� ∗ f�� c8� }� + 1�d �� S��4�

Durante el régimen transitorio parte del calor generado es empleado para incrementar la temperatura en el interior de la cámara, por lo tanto el sistema dinámico simplificado puede ser modelado según la ecuación diferencial:

8}G� ��r��r � y�r� ∗ f�� 8� }�G�i��r� � �S�r�k � 1� i��r� � �S�r�k�5�

ma -> Masa de aire almacenada en la cámara

Conocidas las ecuaciones que determinan el comportamiento del sistema, podemos obtener un modelo de simulación en Matlab-Simulink. Se realizará en conjunto con el diseño de un controlador PI y así se compararan los resultados.


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Con las constantes ya conocidas, las demás variables son fijadas mediante el punto de operación del experimento, mediante la estructura de control, etc.

PARAMETROS PUNTO OPER. INCERTIDUMBRE UNIDADES

Ta 25 15 – 35 ºC

δa 1.18 0.95 – 1.2 Kg/m3

k 0.659 0.5 – 0.8 J/ºC

maf 40 0 - 61 m3/h

u 3 0 - 10 v

Tabla 5-1 Parámetros Modelo Matemático


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5.2 MODELO EXPERIMENTAL

Para comprobar que el funcionamiento de la planta térmica corresponde a la idea inicial, se van a realizar una serie de pruebas para probar las diferentes aplicaciones del proceso. Debido a estudios previos, como la potencia generada por el calefactor es grande, con el primer diseño se comprobara el correcto funcionamiento y se utilizará para sacar la dinámica del sistema y de esta manera empezar en sí el diseño de controladores.

Se utilizaran diferentes combinaciones en los experimentos, ya que se podrán incluir los ventiladores como aceleradores o como perturbaciones del sistema.

Así mismo se incorporaran los códigos de programa que se han utilizado para realizar el tratamiento de señal. Para la primera parte del estudio de la nueva planta se realizaran 4 diferentes experimentos.

� Prueba 1 – Identificación de la Planta

� Prueba 2 – Batería de escalones positivos

� Prueba 3 – Batería de escalones positivos y negativos (Diferente amplitud)

� Prueba 4 – Funcionamiento del termostato

Figura 5-2 Simulink Modelo Experimental

Se observa que la entrada analógica, equivalente a la temperatura del sistema, se multiplica por 20 ya que la señal generada por la tarjeta linealiza la temperatura entre 0 y 5 voltios. Por otro lado se le restan 3 grados para compensar las perdidas por no utilizar el tercer cable de la PT100.

Se utilizará este diagrama de bloques para los 4 experimentos.


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5.2.1 PRUEBA 1

Para poder identificar la función de transferencia de la planta se va a realizar un experimento donde se va a registrar la respuesta del sistema frente a un escalón unitario. Se partirá de un nivel de acción de control de 3 voltios y se aumentará hasta 4 para poder identificar la dinámica del sistema. Se han elegido estos valores de acción de control para evitar que se llegue a la temperatura máxima y se deseche el experimento por la desconexión del control de potencia. La temperatura inicial del experimento es de 28.1 grados.

Figura 5-3 Signal Builder Identificación Planta

Como se aprecia la señal, parte de un escalón con una acción de control de 3 voltios equivalente al 15% de la potencia máxima y a la mitad del experimento aumenta hasta otro escalón para que aporte el 20% de la potencia. Ya que no se sabe si el sistema es más o menos rápido comparado con el sistema de partida la duración del experimento será de 28000 segundos. Así se asegurara que alcance los dos regímenes permanentes para los dos escalones. El escalón conmuta a los 14000 segundos.

Llegado a este punto solo queda empezar el experimento y observar el comportamiento de la planta frente a esta acción de control.


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Respuesta

Figura 5-4 Señales Filtradas Identificación Planta

Se observa a los 4000 segundos que ha habido un fallo en el sistema o un fallo en la alimentación pero que rápidamente la electrónica ha solventado. Es muy difícil que se produzcan estos descensos negativos debido a la dinámica de los sistemas térmicos.

Para poder identificar la función de transferencia hay que realizar un sencillo tratamiento de señal que consistirá en filtrar, recortar y nivel la señal de partida.

FILTRADO DE SEÑAL

Código

V=27039;

c=0;

d=0;

x=0;

y=0;

Datos=[1:V];

V=1;

i=1;

Datos(V)=Prueba1Maq.signals(1).values(1);

V=2;

i=2;


_________________________________________________________



for i=2:27038

c=Prueba1Maq.signals(1).values(i+1);

d=Prueba1Maq.signals(1).values(i);

x=d-c;

y=c-d;

if (x<-0.5)

Prueba1Maq.signals(1).values(i+1)=Prueba1Maq.signals(1).values(i);

Datos(V)=Prueba1Maq.signals(1).values(i);

end

if (x>0.5)

Prueba1Maq.signals(1).values(i+1)=Prueba1Maq.signals(1).values(i);


end

if ((x>-0.5)&&(x<0.5))


end

c=0;

d=0;

V=V+1;

end

Datos(27039)=52;

t=Prueba1Maq.time;

t(27039)=27039;

plot(t,Datos)

RECORTE DE SEÑAL

Código

V=14039;

V2=14039;

V3=14039;

x=0;

x2=0;

x3=0;

U2=[1:V3];


_________________________________________________________



Datos2=[1:V];

t2=[1:V2];

V2=1;

V=1;

V3=1;

for i=x:27039

if (i<13000)

V=1;

V2=1;

V3=1;

x2=1;

else if (i>13000)

x=Datos(i);

Datos2(V)=x;

x3=u(i);

U2(V3)=x3;

t2(V2)=x2;

V=V+1;

V2=V2+1;

V3=V3+1;

x2=x2+1;

end

end

end

plot(t2,Datos2);


_________________________________________________________



Respuesta

Figura 5-5 Señales Recortadas Identificación Planta

Se ha decidido recortar la señal para que en la identificación de la función de transferencia no cuente con el que pico antes mencionado. Manteniendo solo 1000 segundos del escalón anterior basta para que la señal esté estabilizada a un nivel y el próximo escalón parta de 0. Para ello hay que realizar una última fase de tratamiento de señal para nivelar ambas señales y que tengan el origen en 0.

NIVELADO DE SEÑAL

Código

V=14039;

V2=14039;

Datos3=[1:V];

U3=[1:V2];

V2=1;

V=1;

for i=1:14039

x=Datos2(i);

y=U2(i);

y=y-3;

x=x-42.6;


_________________________________________________________



Datos3(V)=x;

U3(V2)=y;

V=V+1;

V2=V2+1;

end

plot(t2,Datos3);

Respuesta

Figura 5-6 Señales Niveladas Identificación Planta

Estas dos señales niveladas estarían preparadas para ser introducidas en la aplicación (Ident) del Matlab para la identificación de funciones de transferencia. Dicho esto la función ha sido:

e�L� � ��L + 1 �7.6

310L ? 1

Kp= 7.6 = Ganancia

� = 310 = Tiempo de establecimiento


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Modelo lineal

Tras obtener el modelo de simulación que determina el comportamiento real del proceso, debemos calcular un modelo dinámico simplificado empleado para el diseño de controladores. En este caso la respuesta dinámica en torno al punto de operación se realizara mediante un sistema de primer orden con retardo.

e�L� � ��L + 1 V4q�

Los diferentes puntos de operación, así como la variación de las constantes que determinan el comportamiento producen que el modelo obtenido presente incertidumbre paramétrica.

PARAMETRO VALOR NOMINAL INCERTIDUMBRE

� 7.6 6-10 � 310 200-400

L 30 10-60

Tabla 5-2 Parámetros Modelo Lineal


_________________________________________________________



5.2.2 PRUEBA 2

Como segunda prueba para visualizar diferentes parámetros del proceso, se va a observar la respuesta de la planta frente a una batería de escalones de misma amplitud y duración.

Figura 5-7 Acción de Control Prueba 2 Modelo Experimental

Los escalones comenzaran desde un valor de 2.5 voltios de acción de control porque para valores inferiores el calor generado no supondría un incremento de temperatura frente a la temperatura ambiente. El último escalón se situará en 5.5 voltios con el fin de que el sistema no llegue al límite máximo de temperatura.

Mediante un filtrado limpiaremos la señal de respuesta del ruido indeseado.

FILTRADO DE SEÑAL

Figura 5-8 Respuesta Prueba 2 Modelo Experimental


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Se ha registrado, como se puede observar, otro fallo en la alimentación, aunque es posible que la razón de esa bajada brusca de la temperatura sea debida a un fallo de la tarjeta de adquisición de datos o la manipulación por parte de un agente exterior del panel frontal.

Se puede distinguir que a la vez que aumenta la temperatura del sistema se hace cada vez menos uniforme todo debido a que los experimentos se realizan con las entradas de aire abiertas.


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5.2.3 PRUEBA 3

Con esta prueba se quiere conseguir ver como es el comportamiento del sistema si es sometido a diferentes escalones de diferentes amplitudes tanto positivos como negativos. Para ello se ha decidido inyectarle esta señal de diferentes valores de acción de control. No se ha superado los 6 voltios de acción de control para no llegar a la temperatura de seguridad máxima. La duración de cada escalón será de 3000 segundos.


Antes de analizar la señal original se realizará un filtrado rutinario para eliminar las muestras que hayan sido alteradas por ruidos o por fallos de la tarjeta.

FILTRADO DE SEÑAL



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Con esta prueba se observa la rapidez del sistema ya que suministra calor como lo elimina prácticamente con la misma celeridad. Alrededor de los 3000 segundos en lo que esta sometido a cada escalón el sistema alcanza el régimen permanente y se estabiliza a una temperatura. El sistema ha estado cerca de llegar al límite de temperatura interna fijado entre 70 y 80 grados. Para observar el comportamiento cuando alcanza la temperatura de corte se realizará un último experimento antes de realizar pruebas con controladores.


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5.2.4 PRUEBA 4

En este último experimento se observara el comportamiento del sistema y la inercia del mismo cuando se corta la potencia al haber alcanzado la temperatura de seguridad. Como el calefactor va a estar suministrando la potencia máxima la inercia va a ser más grande. Se someterá la potencia máxima durante 800 segundos para ver como evoluciona la temperatura durante esos segundos.


FILTRADO DE SEÑAL

Mediante un filtro por software la señal ha quedado bastante limpia y se observa perfectamente la variación de la temperatura.



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Con los ventiladores funcionando y las entradas de aire abiertas se observa que en el tramo de 300 segundos la temperatura del sistema pasa de 28 grados hasta 85 grados. Todo esto es debido que la potencia del calefactor permite estos cambios bruscos ya que con la acción de control a 10 voltios suministra 500 W en forma de calor a la cámara.

Conexión y desconexión de la potencia

Figura 5-13 Conmutación de Potencia

En esta grafica se observan los cortes de la potencia. Aunque el sistema esta limitado a 75 grados la inercia de los sistemas térmicos hace que se dispare la temperatura considerablemente. Parece contradictorio que la potencia se conecte cuando esta empezando a bajar pero todo esto es debido a la PT100. Al tener un recubrimiento de metal necesita un tiempo para estabilizar la temperatura. Por este motivo parece que aunque la potencia este al máximo la temperatura siga bajando. Al final del escalón de amplitud 10 casi la temperatura se estabiliza alrededor de la temperatura de corte, esto llegaría a pasar cuando se alcanzase el régimen permanente.


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6. CONTROL DEL PROTOTIPO

Determinados los modelos del proceso se puede llevar a cabo el control del mismo. Las estrategias de control aplicables son diversas y dependerán del nivel del curso en el que se emplee la plataforma desarrollada. En principio, para cursos de nivel básico-intermedio se propone controladores de tipo PI, a los que de cara a su implementación hay que añadir estructuras antiwindup (limitan la acción integral), pesos en la consigna (limitan sobre impulsos), polos de alta frecuencia, etc. La adición de la parte derivativa, cuyo diseño teórico es relativamente simple, requiere de especial cuidado desde un punto de vista práctico.

6.1 CONTROL PI

El ejemplo más sencillo es diseñar un controlador PI para la planta obtenida. Para garantizar un funcionamiento adecuado bastará con fijar unas condiciones de diseño poco restrictivas.

CONDICIONES INICIALES PARAMETRO VALOR

T. ESTABLECIMIENTO 1000 SEG

REBASAMIENTO MAX. 20%

Tabla 6-1 Condiciones Iniciales PI

Con estas condiciones iniciales el diseño será lento, pero lo más importante es que conseguirá mantener la temperatura de consigna en régimen permanente. Siguiendo esta estrategia se obtiene que el controlador responde a:

G�L� � 0.035L + 0.0017L


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6.1.1 PRUEBA 1

Una vez calculado y elegido el primer controlador se realizará una prueba para comprobar si este controla la temperatura. Para ello se fijará una temperatura inicial a la que el sistema deba alcanzar y una vez estabilizado en dicha temperatura someterlo a un incremento de temperatura.

Figura 6-1 Modelo Simulink Controladores

Como se van a incluir nuevos elementos en el modelo, este será diferente que en el modelo experimental. Para implementar el controlador se hará mediante diagrama de bloques separándolo mediante bloques de ganancia y un integrador. Para que la acción de control se mantenga entre 0 y 10 voltios se colocará un bloque de saturación para delimitar el rango de la acción de control.

Como este sistema de control tiene un amplio rango de condiciones de operación, puede suceder que la variable de control alcance los límites prefijados del actuador, cuando esto pasa, el bucle realimentado permanece en su límite independientemente de la salida del proceso. Si se usa un controlador con acción integral, como es el caso, el error continuará siendo integrado, incrementando aun más su valor, comúnmente llamado windup. Para ello se ha colocado una estructura antiwindup para eliminarlo.

Para visualizar las señales se utilizará un bloque tipo Scope. Se monitorizará a la vez la temperatura de consigna, la temperatura real del sistema y la acción de control que esta introduciendo en el circuito de potencia.

Como ya se ha calculado que el tiempo de establecimiento, los experimentos con controladores serán relativamente rápidos y en una hora se podrán ver los resultados de cada uno.


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La temperatura de consigna de los experimentos se fijará durante 2000 segundos a 40 grados fácilmente asumible y a partir de entonces se aumentaran 5 grados y se observará como responde durante los 1000 segundos siguientes.

Figura 6-2 Temperatura de Consigna Control PI

La respuesta obtenida ha sido la siguiente. Se observa la amortiguación de la señal hasta acoplarse con la temperatura de consigna. Llega al régimen permanente alrededor de los 1000 segundos. Este tiempo es una de las condiciones iniciales al diseñar el controlador. En la respuesta al segundo escalón se cumplen ambas condiciones de diseño, tanto en el tiempo de establecimiento como en el rebasamiento máximo de la señal.

Figura 6-3 Señales Prueba 1 Control PI


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En la siguiente figura se observan las variaciones de la señal de temperatura del sistema con respecto a la temperatura de consigna.

Figura 6-4 Respuesta Prueba 1 Control PI

Con el siguiente código se han filtrado todas las señales del experimento tanto la de temperatura como la acción de control.

Código

V=3013;

c=0;

d=0;

x=0;

y=0;

Datos=[1:V];

V=1;

i=1;

for i=1:10

y=42;

Datos(V)=y;

V=V+1;

end

z=Prueba1Maq.signals(1,1).values;

z1=z(1:3013,2);

z2=z(1:3013,1);

for i=11:3012


_________________________________________________________



c=z1(i+1);

d=z1(i);

x=d-c;

if (x<-1.5)

z1(i+1)=z1(i);

Datos(V)=z1(i);

end

if (x>1.5)

z1(i+1)=z1(i);

Datos(V)=z1(i);

end

if ((x>-1.5)&&(x<1.5))

Datos(V)=z1(i);

end

c=0;

d=0;

V=V+1;

end

Datos(3013)=45;

t=Prueba1Maq.time;

plot(t,Datos);

En la siguiente grafica se observa como ha compensado la acción de control las variaciones de temperatura para conseguir en todo momento ajustarse a la temperatura de consigna.

Figura 6-5 Acción de Control Prueba 1 Control PI


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6.1.2 PRUEBA 2

Se repetirá el mismo experimento pero con un filtro a la entrada para reducir ruidos en el sistema. A su vez se implementara el modelo matemático para observar si se ha calculado de manera correcta.

Figura 6-6 Respuesta Prueba 2 Control PI Sistema Real

Como en la prueba anterior la respuesta se ajusta correctamente a la señal de consigna.

Figura 6-7 Respuesta Prueba 2 Control PI Modelo Matemático

Se observa perfectamente como el modelo matemático ha sido calculado correctamente ya que al cabo de 1000 segundos la temperatura del proceso esta al nivel de la temperatura consigna.


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Para ver realmente si ambas señales se comportan de la misma manera antes la misma señal de control, en la siguiente grafica se comparan la señal del sistema real y del modelo matematico. Y salvo las primeras muestras, la totalidad del experimento generan respuestas practicamente iguales.

Figura 6-8 Modelo Matemático / Sistema Real Prueba 2

Se aprecia en la acción de control como se ha ido ajustando al error entre la temperatura de consigna y la del proceso. En la muestra 2000 aumenta considerablemente debido al incremento de la temperatura de consigna.

Figura 6-9 Acción de Control Prueba 2


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6.2 CONTROL PID

El control PID resulta ser un control con una mayor complejidad. Se emplea la acción derivada para emular un predictor Smith en el que el controlador PI restante es diseñado por cancelación de polos.

G�L� � ��L + 1��L + 1��L + 1�

Comprobaremos si el controlador responde bien si fijamos un tiempo en lazo cerrado de TC = 100 seg.

Para calcular las diferentes constantes hay que realizar los siguientes cálculos:

�� 250

�� 2 � 30

�� + �� 225�60 + 100�6 � 0.234

� � �� + �� 10060 + 100 � 0.625

En este apartado se adjuntaran las pruebas que se han realizado con controladores. Se realizara una prueba en la que se incluirán tanto escalones positivos y negativos, y como novedad, se incluirá una rampa con el fin de observar como responde ante esta situación.


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6.2.1 PRUEBA 1

Se va a someter a la planta a un experimento largo con el fin de poner a prueba al nuevo controlador diseñado.

Figura 6-10 Temperatura de Consigna Control PID

La temperatura de consigna del experimento tendrá un valor mínimo de 40 grados. A los 2000 segundos habrá un aumento de 5 grados durante los siguientes 2000 segundos, a continuación volverá al valor inicial.

Mas tarde la planta experimentara un aumento progresivo de la temperatura durante 4000 segundos subiendo desde 40 hasta 50 grados.

Se inicia el experimento y con el siguiente código se filtra la señal para intentar eliminar ruidos.

Código

V=20001;

c=0;

d=0;

x=0;

y=0;

Datos=[1:V];

V=1;

i=1;

for i=1:10

y=42;

Datos(V)=y;


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V=V+1;

end

z=Prueba1Maq.signals(1,1).values;

z2=z(1:20001,1);

z1=z(1:20001,1);

for i=11:3012

c=z1(i+1);

d=z1(i);

x=d-c;

if (x<-1.5)

z1(i+1)=z1(i);

Datos(V)=z1(i);

end

if (x>1.5)

z1(i+1)=z1(i);

Datos(V)=z1(i);

end

if ((x>-1.5)&&(x<1.5))

Datos(V)=z1(i);

end

c=0;

d=0;

V=V+1;

end

Datos(20012)=45;

t=Prueba1Maq.time;

plot(t,z2);

Figura 6-11 Respuesta Prueba 1 Control PID


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La respuesta es perfecta si no se cuenta con el ruido que se ha acoplado con la señal de respuesta.

Figura 6-12 Acción de Control Prueba 1 Control PID

Aquí se observa el efecto del ruido sobre la acción de control. Aun así la señal de control ha ido compensando la diferencia de temperatura para intentar mantener la señal de consigna en todo momento.

Para futuras consideraciones se apantallaran los cables de señal para que no se vean afectadas por las tensiones de potencia de la caja de conexiones.


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7. CONCLUSIONES

Con el presente documento se considera que se ha descrito y justificado suficientemente el diseño electrónico y eléctrico de la planta térmica. De igual modo se estima que se han cumplido los objetivos marcados al comienzo de la Memoria, conjuntamente con el resto de documentos.

La idea que se ha perseguido en todo el desarrollo es que cualquier persona con conocimientos técnicos suficientes pudiera llevar a cabo las instalaciones y trabajos abarcados con el único apoyo del presente Proyecto.

Como Proyecto Final de Carrera de Ingeniería Técnica Industrial se ha intentado abarcar varias disciplinas con dos partes diferenciadas, la eléctrica y la electrónica, aunque interrelacionadas entre si, además de otros aspectos, como por ejemplo la Seguridad e Higiene Industrial. Se ha procurado por tanto realizar un Proyecto de amplitud acorde con la titulación a la que corresponde.

En el presente Proyecto se ha intentado reflejar el trabajo realizado durante ocho meses aproximadamente.


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ANEXOS







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ANEXO I

ESTUDIO DETALLADO MT-542







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1. ANEXO 1 – ESTUDIO DETALLADO MT542

1.1 DESCRIPCIÓN

Para la realización del PFC se tomara como ejemplo la maqueta MT542 comercializada por Alecop. Esta maqueta esta desarrollada para su uso en docencia relacionada con la ingeniería de control. Permite ilustrar técnicas de modelado y control, observando al mismo tiempo los problemas reales de los sistemas reales.

El sistema representa un horno industrial a escala de laboratorio, sobre el que se realiza el control de temperatura en el interior de la cámara. Los diferentes sensores/actuadores permiten múltiples configuraciones permitiendo varias aplicaciones. Junto con el manual de usuario se proporcionan una serie de guiones de prácticas.

Para la obtención de temperatura, esta maqueta utiliza una serie de diferentes transductores de temperatura que son los más utilizados en el ambiente industrial y en laboratorios de investigación. Los elementos captadores que contiene la maqueta son:

� Sensor patrón AD-590

� Termopar tipo J

� Transductor de resistencia de coeficiente positivo (PTC)

� Transductor resistivo de platino PT100


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SENSORES

Transductor de temperatura integrado AD-590

Es una fuente de corriente sensible a la temperatura en forma de circuito integrado de tres terminales. Está basado en la sensibilidad que presentan con la temperatura dispositivos semiconductores tales como diodos y transistores.

El principio de funcionamiento se asemejaría al circuito que se adjunta a continuación. La corriente de entrada IT se divide en otras dos idénticas que pasan por los transistores Q3 y Q4.

Una de las propiedades fundamentales del silicio es que establece que la diferencia de voltaje entre la base y el emisor es, para dos transistores idénticos con corrientes de colector diferentes, proporcional a la temperatura absoluta en grados Kelvin. Respondería a esta ecuación.

fC � f-( � f-(� � 9�� Ts o o�


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La resistencia R se ajusta para que a la temperatura de 25ºC, presente un valor de 1 uA/ºC, como el AD-590 mide en grados Kelvin, a 0ºC la corriente será de 273 uA. Lo que significa que la corriente de salida responde a:

ow � 273 ? ��ºG�l�

En la mayoría de las aplicaciones, la corriente de salida requiere ser convertida a tensión para una mejor utilización en equipos de medida y de adquisición de datos.

Para trasladar estas mediciones a la escala centígrada, se acondicionará la salida del transductor. Para ello se le restara una corriente de Offset para poder conseguir que la corriente a 0 grados sea 0 uA. Tras esto se convertirá la corriente en tensión mediante un conversor I-V. Como etapa final del acondicionamiento de señal se colocará una etapa de amplificación para conseguir los rangos especificados.

Termopar Tipo J

Cuando dos hilos conductores de materiales diferentes se conectan de la siguiente manera y se mantiene una de sus uniones a una temperatura T1 y la otra unión a la temperatura T2, se producirá una fuerza electromotriz de origen termoeléctrico. Esta fuerza será convertida a tensión.

El termopar empleado se utiliza normalmente en ámbito industrial, tanto en atmosferas oxidantes como en atmosferas reductoras, y se caracteriza porque los materiales con los que están construidos son hierro y constatan (aleación entre cobre y níquel) y su rango de medida varía entre -184 a 750 grados Celsius.

Los extremos de los conductores del termopar están disponibles en el exterior por medio de bornes de conexión en el panel frontal de la maqueta.

La unión fría del termopar está formada por el área interna ocupada por sus bornes y se mantiene a una temperatura ligeramente superior a la del ambiente por el efecto de calentamiento de los componentes electrónicos cercanos.

En grandes complejos industriales, se plantean graves problemas por los largos recorridos de las líneas que transmiten las señales a los centros de medida y control.


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Estos problemas se deben principalmente a las diferencias de potenciales de masas a lo largo de la instalación.

Para solucionar este tipo de problemas implica la utilización de técnicas de apantallamiento y conexiones de masas conjuntamente con la utilización de equipos de medida sofisticados.

PTC

El sensor de Coeficiente Positivo de Temperatura (PTC), funciona bajo el principio del cambio experimentado en su resistencia eléctrica en función de la temperatura.

Utiliza como elemento sensible a la temperatura una resistencia de material semiconductor que ha sido formada mediante procesos foto químicos sobre una pequeña superficie de corte. Su rango de temperaturas es de -40ºC a 150 ºC

La variación de la resistencia con la temperatura responde a:

�w � � �1 ? �� ? ��

RT = Resistencia a la temperatura (ºC)

R0 = Resistencia 0ºC = 1855 Ohm +/- 6 Ohm

α,β = Coeficientes de la PTC => α = 3,83 ∗ 10−3 ; β = 4,64 ∗ 10−6

La variación de la resistencia de la PTC con la temperatura se manifiesta como una curva tipo exponencial creciente. Con el fin de reducir su no linealidad, algunas PTC se combinan, durante el proceso de fabricación, con redes eléctricas resistivas internas lo que simplifica su acondicionamiento posterior.

En la mayoría de los casos la variación de la resistencia de la PTC con la temperatura requiere ser linealizada y convertida a un voltaje proporcional para su utilización. Para acondicionar la PTC se necesita alimentarla con una corriente de valor


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constante, de forma que las variaciones de la resistencia sean proporcionales al voltaje.

La señal de salida de la PTC va a un convertidor resistencia/tensión y se le suma una señal de Offset para establecer el nivel de la señal de salida.

Sus aplicaciones más usuales se encuentran en la industria del automóvil, sistemas de acordonamiento de aire, termometría clínica, control de procesos, etc.

Las PTC que presentan una de las más altas sensibilidades a la temperatura encuentran su aplicación en sistemas de medida y control de alta resolución, control ON-OFF, medidas de temperaturas superficiales, etc.

PT-100

El captador resistivo de temperatura (RTD) de platino PT-100, está basado en la propiedad que presentan los materiales conductores de cambiar su resistencia eléctrica, de forma reproducible, con la temperatura.

La variación de resistencia con la temperatura responde a esta fórmula:

� � � �1 ? S � ? S��u ?⋯? S`�`�

La PT-100 se conecta internamente a unos hilos conductores y se monta en una cubierta protectora, en algunos tipos es de acero inoxidable, para su utilización en líquidos o gases corrosivos. Otras se montan en protecciones abiertas, de forma que el bobinado de la resistencia se encuentra en contacto con el fluido para una respuesta más rápida con la temperatura.

El valor nominal de la resistencia a 0ºC es de 100 Ohm y a 100 ºC, es de 138,5 Ohm. Su coeficiente de resistencia con la temperatura, entre 0 y 100 ºC, se determina mediante la expresión:

S � � � � � � 100 ∗ � � 138.5 � 100

100 ∗ 100 � 3.85 ∗ 104uΩ Ω. ºC�


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Para realizar su función como sensor de temperatura, la PT-100 necesita ser alimentada con una corriente continua o alterna de muy bajo valor. Si la corriente de alimentación es excesiva, su disipación térmica, I2R, eleva la temperatura del sensor por encima de la temperatura del ambiente en el que se encuentra sumergido, dando lugar a un error en la medida por el efecto de auto-calentamiento.

El procedimiento más utilizado para acondicionar la señal de PT-100, consiste en montar el sensor en una de las ramas de un puente de Wheatstone. A la salida del puente se le aplica una amplificación previa y después un filtrado para eliminar las señales de ruido indeseables, tras esto se aplicara una etapa de amplificación para adecuar la señal para su utilización.

Los sensores de platino constituyen el elemento normalizado para la calibración de otros sensores. Estos elementos se utilizan en los laboratorios de medidas y calibración y pueden tener una precisión de una milésima de grado.

Ya que todas las pruebas realizadas no pueden constar dentro de la memoria del proyecto, se adjuntaran en este anexo con el fin de observarlas de un modo más detallado. Constaran los experimentos iniciales sobre la maqueta MT542 pero también los que se realicen en la nueva maqueta con sus respectivas respuestas frente a diferentes controladores.


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1.2 PRUEBAS EXPERIMENTALES

Se realizaran tres diferentes pruebas con el fin de obtener una visión más detallada del comportamiento de la planta. Se realizara un estudio más completo de la prueba experimental que consta en la memoria, otra prueba en la que se realizara una batería de escalones y la tercera se plasmaran escalones tanto positivos como negativos con el fin de observar el enfriamiento de la cámara.

� Prueba 1 – Identificación de la Planta

� Prueba 2 – Batería de escalones positivos

� Prueba 3 – Batería de escalones positivos y negativos (Diferente amplitud)

1.2.1 PRUEBA 1

La Prueba 1 consiste en la observación de la maqueta MT-542 como respuesta a un escalón de 2 a 3 voltios. Se plasmaran las señales registradas así como el código de los programas para el tratamiento de dichas señales.

Este será el modelo de bloques que se utilizará para realizar las tres primeras pruebas sobre la maqueta de la planta térmica. Consta de una entrada analógica multiplicada por 10 para obtener los valores reales de la temperatura, a su vez, se compone del editor de señales que simulará la señal de control de la maqueta. La temperatura ambiente inicial es de 23.2 grados.


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Esta sería la señal de control del primer experimento, hay que realizarlo dentro del bloque de creación de señales del SIMULINK.

Tras poner el experimento en funcionamiento la salida que ha dado ha sido esta:

Se aprecia que la señal tiene bastante ruido para ello se tratará la señal con una serie de programas con el fin de poder analizarla de manera correcta y conseguir que los resultados sean fiables.

Lo primero que se realizará será un filtrado de la señal para quitar los picos de temperatura tanto positivos como negativos ya que en un sistema térmico estos picos son inviables y solo podrían darse con sistemas muy rápidos de ámbito industrial.


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FILTRADO DE SEÑAL

Así queda la señal una vez filtrada, donde se aprecia el incremento de temperatura, también se aprecia que el tiempo de establecimiento es bastante grande, un problema que habrá que solucionar. A primera vista se podría decir que el sistema tiene un tiempo de establecimiento de 10000 segundos.

NIVELADO DE SEÑAL

La señal ya estaría nivelada, solo faltaría recortarla para poder introducirla en la aplicación Ident y así sacar su correspondiente función de transferencia.


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RECORTE DE SEÑAL

IDENTIFICACION FUN. TRANSFERENCIA

Para poder calcular la función de transferencia es necesario recortar las dos señales para que partan desde 0 con el fin de obtener resultados fiables sin ningún tipo de desfase debido alguna ganancia inicial.

Introduciendo el nombre de las señales en la ventana de aplicación del Ident y seleccionando el modelado que se desee, en este caso, modelarlo como si fuera una función con un solo polo, se consigue la respuesta de la señal y su grado de veracidad.


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El resultado de la semejanza del proceso inicial con el modelado impuesto coincide en un 89,34 %, lo que se puede decir que se asemeja bastante con lo deseado.

FUNCION DE TRANSFERENCIA

Ya que se le ha dado el visto bueno al modelado se obtendrá ahora la función transferencia de dicho modelo para poder trabajar con él.

:�L� � 9K1 ? �K1 ∗ H �

9.58141 ? 2303.5 ∗ H


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1.2.2 PRUEBA 2

Como ya se dijo en la segunda prueba se estudiará el comportamiento de la maqueta ante una batería de escalones con una amplitud de 0.5 voltios. Se mantendrá el mismo esquema Simulink así que solo habrá que modificar el creador de señales con lo requerido. La temperatura inicial del experimento es de 21.8 grados.

La salida de la maqueta será la siguiente:


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Como en la prueba anterior habrá que filtrarla para eliminar el ruido y apreciar los cambios que ha realizado la temperatura dentro de la cámara.

Una vez nivelada la señal se pasara a analizar uno a uno los diferentes escalones de la señal, los primeros escalones se analizaran pero no contaran en si para el experimento porque los resultados como se verán no son óptimos para su estudio. Como los escalones tienen una duración de 10000 segundos esa será la medida para cada estudio. Los escalones de la señal de control siempre serán de amplitud 0.5 voltios.


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ESCALON DE 0 a 0.5 (ESC 1)

Como se pude apreciar cuando la planta está sometida al primer escalón se observa un mínimo aumento de temperatura equivalente a 0.5 grados pero posiblemente no sea producido por el calor generado sino por variaciones de temperatura del laboratorio donde se encuentra la maqueta.

Respuesta

Con el mismo modelo de diseño, es decir, una función de transferencia basada en un polo, la señal coincide con nuestros diseño en un 45.36 %. Esto quiere decir que no es muy fiable ya que como se ha dicho antes, el aumento de la temperatura posiblemente haya ido provocado por un aumento de la temperatura del laboratorio.

Aun así la función es la siguiente:

:�L� � 9K1 ? �K1 ∗ H �

1.75781 ? 8070.3 ∗ H


_________________________________________________________



ESCALON DE 0.5 A 1 (ESC 2)

Con este escalon se aprecia que la señal hasta llega a bajar de temperatura debido a que la potencia aportada al circuito es minima, asi que la temperatura que ha marcado dicha respuesta al segundo escalon corresponde con la temperatura del laboratorio.

Respuesta

Con el modelo de diseño establecido esta es la respuesta, se aprecia que no se ajusta bien al modelo. Numéricamente la comparación no es válida ya que el modelo no se asemeja con el proceso, solo es fiable en un 9.276 %.

La función de transferencia con estos datos será:

:�L� � 9K1 ? �K1 ∗ H �

0.631431 ? 926.76 ∗ H


_________________________________________________________



ESCALON 1 a 1.5 (ESC 3)

Con este escalon ya se ve como se va pareciendo la señal a la respuesta logica sobre un escalon de un sistema de primer orden. El aumento de temperatura es de un grado mas o menos.

Respuesta

La función de transferencia se empieza a ajustar al modelo ideal. La aplicación da una similitud de un 53.89 %. No lo bastante buena para modelar el sistema pero en camino para tener un modelo a largo plazo.

:�L� � 9K1 ? �K1 ∗ H �

1.64991 ? 2515.5 ∗ H


_________________________________________________________



ESCALON 1.5 a 2 (ESC 4)

A partir ya de los 1.5 voltios, la respuesta del sistema coincide con la respuesta frente a un escalón de una amplitud determinada. El incremento de temperatura es de 2.5 grados aproximadamente.

Respuesta

Como se ve la línea roja se ajusta perfectamente a la respuesta del sistema con una precisión de un 81.38 %. A partir de este momento se podrían utilizar estos datos como base para el cálculo matemático y diseño del nuevo sistema.

:�L� � 9K1 ? �K1 ∗ H �

4.90741 ? 2179.8 ∗ H


_________________________________________________________



ESCALON 2 a .2.5 (ESC 5)

Como en el caso anterior la respuesta es lógica, con este escalón la temperatura aumenta más de 4 grados, esto se debe a que cada vez la potencia aportada al sistema es mayor.

Respuesta

Con un 83.39 % en el modelado del sistema se puede dar por bueno el ajuste del sistema, nunca llegara al 100 % porque la existencia de varios picos, como la dispersión de los datos no dará nunca un sistema perfecto.

:�L� � 9K1 ? �K1 ∗ H �

7.83161 ? 2280.4 ∗ H


_________________________________________________________




La respuesta al sexto escalón es buena, la temperatura aumenta cinco grados. Al ser el escalón entre los 2.5 voltios y los 3 el aumento de temperatura es mayor.

Respuesta

Como existen varios picos importantes el aumento progresivo de la precisión del modelado no se aprecia. Aunque se asemeja al modelo en un 83.08 %.

:�L� � 9K1 ? �K1 ∗ H �

10.7671 ? 2119.7 ∗ H


_________________________________________________________



ESCALON 3 a 3.5 (ESC 7)

En este séptimo escalón como en la mayoría la respuesta es buena con un aumento de 6 grados en la temperatura respecto del anterior escalón.

Respuesta

Muy buen modelado del programa que independientemente de los picos de la respuesta ha conseguido con una exactitud del 86.96 % modelar el sistema para este escalón.

:�L� � 9K1 ? �K1 ∗ H �

12.721 ? 1787.5 ∗ H


_________________________________________________________




En el último escalón del experimento la temperatura aumenta 7.5 grados, la respuesta es bastante buena porque apenas se aprecian los picos característicos, debido a la obtención de datos mediante una tarjeta y al conexionado de dicha tarjeta.

Respuesta

Como es normal la precisión ha aumentado en el último escalón ya que es en el que se aprecia un mayor aumento de la temperatura. La precisión es de un 91.68 %.

:�L� � 9K1 ? �K1 ∗ H �

14.7181 ? 1802.2 ∗ H


_________________________________________________________



Conclusiones

Lo que podemos ver es que la variación de Kp es directamente proporcional al aumento de temperatura por cada escalón, así como directamente proporcional a la precisión del modelado salvo en contados casos. La variable de constante de tiempo apenas varía en los escalones en el que la respuesta es la idónea. A partir del tercer escalón se podría decir que la respuesta del sistema corresponde a la de un sistema de primer grado.


_________________________________________________________



1.2.3 PRUEBA 3

La tercera y última prueba sobre la maqueta MT-542 consistirá en una batería de escalones de diferentes amplitudes y con escalones tanto positivos como negativos. El experimento durara un total de 50000 segundos con una duración para cada escalón de 10000 con el fin de observar la respuesta una vez superado el tiempo de establecimiento. El experimento se realizara con un temperatura inicial de 19.3 grados.

Tras poner en funcionamiento en marcha la tarjeta de adquisición de datos, la aplicación Simulink ha registrado la siguiente respuesta:


_________________________________________________________



Como en todas las pruebas que se realizaran sobre la maqueta necesitan un tratamiento de señal. Se hará un filtrado ya que el ruido afecta mucho en la adquisición de datos de cualquier sistema físico.

Una vez filtrada la señal se aprecian todas las respuestas para los distintos escalones tanto positivos como negativos.

ESC0 (AMPLITUD 0)

Señal

Como la señal tiene un espacio de tiempo en el que no influye en la resistencia se observa que la temperatura ha aumentado 1 grado debido al aumento de la temperatura en la zona de trabajo.


_________________________________________________________



ESC1 (AMPLITUD 1.5)

Al ser un escalón con un rango de tensión tan bajo, la potencia generada en la planta no es del todo alta para observar un aumento mayor de la temperatura.

Respuesta

Como se ha dicho antes al no tener un aumento considerable de la temperatura debido al escalón la función descrita no es del todo exacta así que el modelado de la misma da una precisión de un 52.15 %.

:�L� � 9K1 ? �K1 ∗ H �

0.870481 ? 1901.7 ∗ H


_________________________________________________________



ESC2 (AMPLITUD 2.5)

Con este escalón el aumento de la temperatura es considerable superando los 25 grados debido a que el escalón es de una amplitud mayor y se encuentra en rango de tensión de control en el que la potencia generada por el calefactor es alta.

Respuesta

El modelado es casi perfecto ya que el escalon es mayor y se aprecia la forma de la curva descrita por la temperatura y tambien porque la señal obtenida esta muy limpia, apenas tiene nada de ruido que la altera. De esta manera el modelado ha tenido un 96.07 % de exactitud.

:�L� � 9K1 ? �K1 ∗ H �

10.4761 ? 1793.3 ∗ H


_________________________________________________________



ESC3 (AMPLITUD -2)

Se le ha realizado un filtrado adicional ya que la señal original en este tramo tenía picos debidos al ruido muy grandes. Esta es la señal debido a un escalón de amplitud negativa de 2 voltios.

Respuesta

Como la señal esta filtrada dos veces la precisión al modelar el sistema es mayor, por eso que la exactitud ha sido de un 96.77.

:�L� � 9K1 ? �K1 ∗ H �

11.9191 ? 2084.3 ∗ H


_________________________________________________________



ESC4 (AMPLITUD -2)

Como en el caso anterior la señal tiene un escalón negativo. La reducción de temperatura una vez alcanzado el régimen permanente es de 5 grados.

Respuesta

La respuesta del segundo escalón negativo tiene un modelado bastante bueno alrededor del 89.71 %. La señal tiene poco ruido y al ser de carácter negativo se ajusta mejor.

:�L� � 9K1 ? �K1 ∗ H �

2.50181 ? 2748.4 ∗ H


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ANEXO II

COMPONENTES







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2. ANEXO 2 - COMPONENTES

A continuación se adjuntaran una serie de hojas de características (datasheet) para entender el funcionamiento de los componentes más especiales que se van a utilizar. Ya que la memoria no puede englobar todo se creara este anexo para explicar estos componentes con más detalle. Los dispositivos integrados son:

� XTR105

� RCV420

� LM35

� TL431

� KBPC 1006

� MCT6

� SSH7N90A

� L272


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2.1 XTR105


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2.2 RCV420


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2.3 LM35


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_________________________________________________________



2.4 TL431


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_________________________________________________________



2.5 KBPC 1006


_________________________________________________________




_________________________________________________________



2.6 MCT6


_________________________________________________________




_________________________________________________________



2.7 SSH7N90A


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2.8 L272


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ANEXO III

MANUAL DE INSTRUCCIONES







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3. ANEXO 3 – MANUAL DE INSTRUCCIONES

ANTES DE UTILIZAR SU MAQUETA LEA ESTAS INSTRUCCIONES DETALLADAMENTE Y CONSERVALAS PARA FUTURAS CONSULTAS.

SI SIGUE ESTAS INSTRUCCIONES, SU MAQUETA LE PRESTARA UN BUEN SERVICIO DURANTE AÑOS

CONSERVE ESTAS INSTRUCCIONES CON CUIDADO


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Gracias por adquirir la maqueta de la planta térmica. Lea este manual de instrucciones antes de comenzar a utilizar este producto.

ESPECIFICACIONES TECNICAS

ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA 230 V – 50 HZ

POTENCIA MAXIMA 500 W

DIMENSIONES EXTERNAS (CAMARA) 170x370x210 mm

DIMESNIONES EXTERNAS (CAJA) 300x220x120 mm

PESO NETO (CAMARA) 3 kg

PESO NETO (CAJA) 1 kg

SEGURIDAD

1. Advertencia: Ya que la maqueta utiliza la alimentación de red eléctrica no exponga a la maqueta y en especial la caja de conexiones ni al agua ni a la lluvia, se podrían producir cortocircuitos.

2. Advertencia: No colocar recipientes con agua o con otros líquidos cerca de esta. Si se derraman, pueden producir descargas eléctricas en el caso de que se viertan sobre la caja de conexiones. En el que caso de que ocurriese, desconectar lo más rápido posible la alimentación general de la planta.


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3. Advertencia: No instalar la caja de conexiones en un espacio reducido. Deje espacio de al menos 100 mm para que se ventile ya que los componentes se pueden recalentar.

4. Advertencia: Colocar tanto la caja de conexiones como la cámara sobre una superficie plana. En el caso de que quiera colocar la planta en un plano inclinado se debe atornillar de una manera adecuada para no sufrir daños tanto personales como materiales.

5. Desconecte la maqueta antes de una tormenta eléctrica para evitar riesgos. No toque ningún elemento eléctrico durante una tormenta de este tipo.

6. Asegurase de que pueda acceder sin dificultad al cable de alimentación para desconectar fácilmente la maqueta de la corriente.

Esta maqueta debe instalarse con toma de tierra. En el caos de que se produzca un cortocircuito, la toma de tierra reduce el riesgo de descarga eléctrica por el que pueda escaparse la corriente eléctrica.

Consulte a un electricista cualificado o a un técnico de mantenimiento si no comprende totalmente las instrucciones de puesta a tierra.

LIMPIEZA DE LA MAQUETA

Apague la maqueta y desenchufe la alimentación antes de limpiar la caja de conexiones con un trapo seco.

No toque, presione o golpee ningún componente de la maqueta con un objeto duro, ya que podría dañarla de manera permanente.

IMPACTO AMBIENTAL

El embalaje de este producto ha sido diseñado para ser reciclado. En el caso de tener dudas del reciclaje consulte con las autoridades.

Este producto está fabricado con materiales y componentes de alta calidad que se pueden reciclar y volver a utilizar. No se deshaga de sus productos usados o estropeados en la basura domestica. Solicite a su distribuidor información de como desechar el producto de forma segura. El desecho de los residuos de forma no controlada perjudica el medio ambiente y a la salud de las personas.

La radiación de calor generada por el calefactor no supone un factor que altere el medio ambiente así como la temperatura global del planeta.


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DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

1. CÁMARA

2. SENSORES

3. VENTILADOR 1

4. CALEFACTOR

5. VENTILADOR 2

6. CAJA DE

CONEXIONES

7. SELECTOR

8. INTERRUPTOR

GENERAL

9. DIAL

10. VISUALIZADOR

TEMP. MAXIMA

11. BORNAS DE

CONEXIÓN

INSTALACIÓN

La maqueta se compone de la caja de conexiones y de la cámara de metacrilato, la primera contiene toda la electrónica y la segunda todos los sensores y actuadores para realizar las diferentes aplicaciones.

Para la conexión entre la caja de conexiones y la cámara se utilizaran las mangueras incluidas en el paquete. Se recomienda colocar la cámara cercana a la caja debido a la longitud de las mangueras.

CONEX. PLANTA COLOR DESCRIPCION CONEX. PLANTA COLOR DESCRIPCION

MAN. 2X1.5 AZUL BORNA 1 CAL. MAN. 2X1.5 MARRON BORNA 2 CAL.

MAN. 8 HILOS BLANCO BORNA 1 LM35 MAN. 8 HILOS ROJO BORNA 2 LM35

MAN. 8 HILOS AZUL BORNA 3 LM35 MAN. 8 HILOS GRIS POS VENT. 1

MAN. 8 HILOS MARRON POS VENT. 2 MAN. 8 HILOS NEGRO MASA VENT.

MAN. 8 HILOS VERDE BORNA 1 PT100 MAN. 8 HILOS AMARILLO BORNA 2 PT100


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Se aconseja montar la planta en una zona plana. Se colocará la caja de conexiones cerca de una zona con una base de alimentación de 220 voltios. Si no es así, se recomienda utilizar un alargador para suministras corriente a la planta. La utilización de esta maqueta esta restringida a países donde el suministro eléctrico de red domestica sea de 220 V.

FUNCIONAMIENTO

La maqueta ofrece varias combinaciones para poder realizar las operaciones. Para seleccionar la opción con la cual se quiere gobernar cada actuador, la maqueta ofrece un selector para elegir la opción que se desee:

POSICION MODO DESCRIPCION

Izquierda I/O PORT Tarjeta de Adquisición de Datos

Centro MANUAL Potenciómetro Multivuelta (Dial)

Derecha INPUT Bornas de Conexión

La maqueta permite medir la temperatura de la cámara mediante los bornes de conexión correspondientes. Si la temperatura supera los 80 grados un visualizador se encenderá.

Dependiendo de la tensión que se introduzca por medio de los diferentes modos, se puede aumentar o disminuir la potencia del calefactor así como la velocidad de ambos ventiladores.

El usuario solo tiene acceso a los bornes de conexión. Desmontar la caja, exime al distribuidor de arreglar cualquier fallo producido de la apertura de la caja.


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SOLUCIÓN DE PROBLEMAS

Antes de empaquetar la maqueta y los demás componentes, los técnicos se han asegurado personalmente del correcto funcionamiento del conjunto. Dicho esto si aun si no funciona correctamente la empresa de logística que le ha entregado correctamente el paquete se hará cargo de los costes generados por el arreglo de la maqueta adquirida.

PROBLEMA CAUSA POSIBLE REMEDIO

La maqueta no se enciende

(1) El cable de alimentación no esta bien enchufado

Desenchúfelo. Vuelva a enchufar transcurridos 10 segundos.

(2) El fusible se ha fundido o ha actuado el interruptor

Sustituye el fusible o resetee el interruptor( repara solo personal profesional autorizado)

(3) Problema con la alimentación eléctrica

Pruebe la alimentación eléctrica con otro aparatos

Los actuadores no funcionan

(4) Problema con el conexionado

Compruebe la conexión entre la caja de conexiones y la cámara

NOTA: Si alguno de estos problemas persiste, por favor, pida la intervención de un técnico especializado.


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ANEXO IV

PAPER XXXIII JORNADAS DE AUTOMÁTICA







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4. ANEXO 4 – PAPER XXXIII JORNADAS DE AUTOMÁTICA


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PLANOS

DOCUMENTO Nº3







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1. PLANOS

1.1 DISEÑOS ELECTRÓNICOS

En esta sección se incluirán los esquemas electrónicos así como los diseños en acetato de las tarjetas que van a ir incluidas en el proyecto. Para cada tarjeta se colocará un plano con su correspondiente esquema y otro con su diseño en PCB. Se han realizado 8 diferentes tarjetas.

� Acondicionamiento PT100

� Control PWM

� Termostato

� Circuito de Potencia

� Alimentación

� Conexionado PC





1.1.1 TEMPERATURA



1.1.2 CONTROL PWM



1.1.3 TERMOSTATO



1.1.4 CONTROL DE POTENCIA



1.1.5 ALIMENTACIONES



1.1.6 CONEXIONADO PC



1.1.7 CONEXIONADO EXTERIOR



1.1.8 AMPLIFICACIÓN DE SEÑALES


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1.2 DISEÑO EXTERIOR

En este apartado se incluirán los planos de la caja de conexiones, así como, de la cámara. Ya que los paneles de control son importantes también se incluirán en los planos detallando sus características métricas.

� Caja de Conexiones

� Panel Frontal

� Panel Posterior

� Cámara


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1.2.1 CAJA DE CONEXIONES


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1.2.2 CÁMARA


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PLIEGO DE CONDICIONES

DOCUMENTO Nº4







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2. PLIEGO DE CONDICIONES

2.1 DISPOSICIONES GENERALES

2.1.1 OBJETO

El presente Pliego de Condiciones Técnicas tiene por objeto definir las obras, fijar las condiciones técnicas y económicas, tanto de los materiales a emplear como de su ejecución, así como las condiciones generales y contractuales que han de regir en la ejecución de la planta térmica a escala de laboratorio.

2.1.2 CONDICIONES GENERALES

Este proyecto se ajusta en su desarrollo a los reglamentos y disposiciones electrónicas vigentes. Atendiendo a esto una vez se haya aprobado por el Ministerio de Industria, tendrá carácter de obligado cumplimiento.

Una vez realizado el proyecto, se podrán realizar diversas modificaciones siempre bajo la supervisión del ingeniero o proyectista.

En caso de efectuarse alguna modificación, el correspondiente proyecto modificado se considera como parte integrante del proyecto definitivo y como tal, sujeto a las condiciones y especificaciones citadas y aprobadas por el Ministerio.

La empresa adjudicataria suscribirá contrato ante notario donde se hará constar, a parte de los términos legales obligatorios, plazos de entrega y la conformidad con la sanción cuyo incumplimiento pueda acarrear.

2.1.3 NORMAS, LEYES Y REGLAMENTOS

La realización del proyecto se regirá por la Ordenanza General de Seguridad e Higiene en el Trabajo del 7 de abril de 1970 y posteriores actualizaciones.

Así mismo, se regirá por el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, en el que se tendrán en cuenta las siguientes normas:


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� M.I. B.T.029. La actual se refiere a instalaciones de pequeñas tensiones, menores de 50 voltios.

� M.I. B.T.031. La cual se refiere a las condiciones generales de instalación, de utilización así como de los requisitos a cumplir a la hora del diseño.

�Los espesores de los materiales con recubrimiento metálico y sus tolerancias están especificadas en la norma UNE 20 620 80.

�La norma UNE 20552:1975 especifica las tolerancias sobre el espesor total en la zona de contactos.

�En las distancias entre taladros para la colocación de componentes nos referimos a la norma UNE 20524-2:1977.

� Reglas de seguridad para los aparatos electrónicos de norma UNE 20514:1989.

� DIN 40801-1:1977-08 referente a circuitos impresos, fundamentos, orificios y espesores.

� DIN 40803 referente a circuitos impresos, placas y documentación.

� DIN 40804:1977-08 referente a circuitos impresos, conceptos.

� DIN 41494 referente a las formas de construcción para dispositivos electrónicos.

� UNE 20902 que hace referencia a la técnica de circuitos impresos, Terminología.

� UNE-EN 60249 en la cual se citan los materiales base para circuitos impresos. Parte 2: especificaciones. Sección 1: papel de celulosa con resina fenólica, laminada en cobre de alta calidad eléctrica.

� UNE 61204-3:2002 Fuentes de alimentación de baja tensión con salida en corriente

continua. Parte 3: Compatibilidad electromagnética (CEM).

� UNE 61204-6:2001 Fuentes de alimentación de baja tensión de salida en corriente

continua. Parte 6: Requisitos para las fuentes de alimentación de baja tensión de calidad

asegurada.

� UNE 61204-7:2007/A11:2010. Fuentes de alimentación de baja tensión de salida en

corriente continua. Parte 7: Requisitos de seguridad.

� UNE 62041:2011 Seguridad de los transformadores, bobinas de inductancia, unidades

de alimentación, y de las combinaciones de estos elementos. Requisitos CEM.

� Directiva 2004/40/CE del parlamento europeo y del consejo, de 29 de abril de 2004

sobre las disposiciones mínimas de seguridad y de salud relativas a la exposición de los

trabajadores a los riesgos derivados de los agentes físicos (campos electromagnéticos)

Trabajadores: campos estáticos 2 T, 40 mA/m2; bajas frecuencias (50 Hz): 10 mA/m2; altas frecuencias (300 GHz): 2000 µW/cm2. Niveles de referencia: campos estáticos: 40 mT; bajas frecuencias (50 Hz): 5 kV/m, 100 µT; altas frecuencias (300 GHz): 1000 µW/cm2.


_________________________________________________________



Población general: restricciones básicas: campos estáticos: 400 mT, 8 mA/m2; bajas frecuencias (50 Hz): 2 mA/m2; altas frecuencias (300 GHz): 1000 µW/cm2.Niveles de referencia: campos estáticos: 40 mT; bajas frecuencias (50 Hz): 5 kV/m, 100 µT; altas frecuencias (300 GHz): 1000 µW/cm2

Este proyecto debido a sus característica se encuentra recogido, pues, dentro del reglamento electrónico de baja tensión. Dentro de este y más concretamente dentro del capítulo 1 (generalidades) se pueden destacar algún artículo como el siguiente:

“Se calificará como instalación eléctrica de baja tensión, todo conjunto de aparatos y

circuitos asociados en previsión de un fin particular, producción, conversión,

transformación, distribución o utilización de la energía eléctrica cuyas tensiones

nominales sean iguales o inferiores a 1000 V para corriente alterna y 1500 V para

corrientes continuas”.

2.2 DEFINICIÓN Y ALCANCE DEL PLIEGO DE CONDICIONES

2.2.1 OBJETO DEL PLIEGO DE CONDICIONES

El presente pliego regirá en unión de las disposiciones que con carácter general y particular se indican, y tiene por objeto la ordenación de las condiciones técnico-facultativas que han de regir en la ejecución del presente Proyecto.

Se considerarán sujetas a las condiciones de este Pliego, todas las obras y trabajos cuyas características, planos y presupuestos, se adjuntan en las partes correspondientes del presente Proyecto. Se incluyen por tanto en este concepto los trabajos de programación para el control de los procesos formados por las plantas de trabajo, tanto de los equipos de control como del software de supervisión y control.

Se entiende por obras accesorias aquellas que, por su naturaleza, no pueden ser previstas en todos sus detalles, sino a medida que avanza la ejecución de los trabajos. Las obras accesorias se construirán según se va conociendo su necesidad. Cuando su importancia lo exija se construirán en base a los proyectos adicionales que redacten. En los casos de menor importancia se llevarán a cabo conforme a la propuesta que formule el Ingeniero Industrial Director de Obra.

Si en el transcurso de los trabajos se hiciera necesario ejecutar cualquier clase de obras o instalaciones que no se encuentren descritas en este Pliego de Condiciones, el Adjudicatario estará obligado a realizarlas con estricta sujeción a las órdenes que, al efecto, reciba del Ingeniero Industrial Director de Obra y, en cualquier caso, con arreglo a las reglas del buen arte constructivo.


_________________________________________________________



El Ingeniero Industrial Director de Obra tendrá plenas atribuciones para sancionar la idoneidad de los sistemas empleados, los cuales estarán expuestos para su aprobación de forma que, a su juicio, las obras o instalaciones que resulten defectuosas total o parcialmente, deberán ser demolidas, desmontadas o recibidas en su totalidad o en parte, sin que ello dé derecho a ningún tipo de reclamación por parte del Adjudicatario.

2.2.2 DOCUMENTOS QUE DEFINEN LAS OBRAS

El presente proyecto consta de los siguientes documentos:

- Memoria

- Anexos

- Planos

- Pliego de Condiciones

- Presupuesto

El contenido de estos documentos se encuentra en la memoria.

Los documentos contractuales están incorporados en el contrato y son de obligado cumplimiento, excepto modificaciones debidamente autorizadas. Los documentos que podrían ser modificados son:

- Planos

- Pliego de Condiciones

- Presupuesto

El resto de datos o documentos del Proyecto tienen carácter informativo y están constituidos por medio de la Memoria y todos sus anexos.

2.2.3 COMPATIBILIDAD ENTRE DOCUMENTOS

Los citados documentos informativos representan únicamente una opinión fundamentada. Estos datos han de considerarse tan solo como complemento de la información que el contratista ha de adquirir directamente y con sus propios medios.

Solamente los documentos contractuales definidos en la parte anterior constituyen la base del contrato. Por tanto, el contratista no podrá alegar modificación alguna de las condiciones del contrato en base a los datos contenidos de los documentos informativos a menos que estos datos aparezcan en algún documento contractual.


_________________________________________________________



El contratista será, pues, responsable de los errores que se puedan derivar de no obtener la suficiente información directa que rectifique o ratifique el contenido de los documentos informativos del Proyecto.

En caso de contradicciones entre los Planos y las Prescripciones Técnicas contenidas en el presente Pliego de Condiciones, prevalece lo que se ha prescrito en estas últimas.

Lo que se haya citado en el Pliego de Condiciones y omitido en los Planos, o viceversa, habrá de ser ejecutado en ambos documentos, siempre en cuando que queden suficientemente definidas las unidades de obras correspondientes y están tengan precio en el Contrato.

2.3 CONDICIONES FACULTATIVAS

2.3.1 DIRECCIÓN

La dirección del montaje estará realizada en su totalidad por el ingeniero o proyectista o por otra persona que delegue atendiendo a la capacidad de dicha persona para realizar este trabajo. Una vez realizado el montaje, su utilización podrá ser realizada por cualquier persona con conocimientos suficientes sobre el proyecto, la tecnología implicada y su funcionamiento. En caso de avería o mal funcionamiento por incorrecta utilización, el proyectista queda exento de culpa.

2.3.2 LIBRO DE ÓRDENES

El montaje de los elementos del proyecto se realizará atendiendo a los documentos y planos del mismo. Si es necesario realizar una modificación se realizar bajo la pertinente atención del ingeniero o proyectista.


_________________________________________________________



2.4 CONDICIONES DE MATERIALES

2.4.1 CONDICIONES TÉCNICAS DE LOS MATERIALES

Las características de los siguiente componentes deberán ser respetados en todo momento. Todo parámetro que se haya modificado respecto a lo descrito aquí, no será responsabilidad del diseñador del proyecto. A continuación se especificaran las características técnicas de los componentes usados en el diseño:

Circuito de Temperatura

COMPONENTES RCV420 XTR105 BDX53C

V MAX +22V +40 V (VCE) +100 V

V MIN - 22V 0 V

I MAX 40 mA 20 mA 8 A

ENCAPSULADO DIP-16 DIP-14 TO-220

TEMP. MAX 70ºC 125ºC 150ºC

Control PWM

COMPONENTES LM741 LM311 MCT6

V MAX +22V +30 V (VCE) + 30 V

V MIN - 22V - 30 V

P MAX 500 mW 135 mW 100 mW

ENCAPSULADO DIP-8 DIP-8 DIP-8



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Termostato

COMPONENTES BC558 LM358 TL431

V MAX (VCE) +30 V +32 V (VKA) + 37 V

V MIN - 0.3 V

ENCAPSULADO TO-92 DIP-8 TO-92


Circuito de Potencia

COMPONENTES SSH7N90A KBPC 1006 ZENER 24V

V MAX 900 V 600 V

I MAX 7 A 10 A 1 mA

ENCAPSULADO TO-3P UL-94 DO-41


Otras Tarjetas

COMPONENTES LM78-- CON. SCSI 68 L272

V MAX 35 V 40 V

R MAX 30 mOhm

I MAX 1 A 1 A 0.7 A

ENCAPSULADO TO-220 SCSI 68 DIP-8



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Durante la soldadura de los componentes, son capaces de soportar una temperatura de 300ºC durante 10 segundos, aumentar cualquiera de estos valores podría dañar los componentes de manera irreversible. Las consecuencias de una alimentación superior a la establecida en algún componente no serán recriminadas al diseñador. Si dicha negligencia provocara daños tanto materiales como personales, el desarrollador del producto no se hará cargo de ninguna responsabilidad civil como penal.

2.4.2 CONDICIONES TÉCNICAS DE CIRCUITO IMPRESO

Las placas de circuito impreso tendrán las características técnicas y de diseño establecidas por el diseñador principal del mismo. Ya que se dispone de diferentes tipos de tensión así como de diferentes corrientes la anchura de las pistas tendrán diferentes valores en función de la cantidad de componentes y de lo que consuman ellos mismos. Se ha decido establecer varios tipos de anchuras diferentes:

ANCHURA DE PISTAS TIPO ANCHURA (mm)

Señales Internas 0.8

Alimentación General 1

Alimentación de Red 1.5

Señal de Red Rectificada 2.5

Lo mismo ocurre con los pads donde van a ir insertados los componentes, para cada componente tiene una medida correspondiente:

PADS UTILIZACIÓN DIAMETRO (mm) FORMA

Con. 5 Alimen. 2.5 Cuadrada

Con. 8 Señales 2 Cuadrada

Con. SCSI68 1.2 Redonda

Componentes 2 Redonda

Tornillería 6 Redonda


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El no cumplir estas medidas puede producir daños en los componentes. Otra de las consecuencias seria el mal funcionamiento de los componentes por no tener un suministro de corriente específico. Un aumento de la anchura no supondría ningún problema para el buen funcionamiento de los diseños salvo que el tamaño de las mismas no permita realizar las placas en las medidas fijadas en capítulos posteriores.

2.5 CONDICIÓN DE EJECUCIÓN Y MONTAJE

2.5.1 CONEXIONADO

Para la realización del conexionado tanto interno como externo se deberán seguir las siguientes instrucciones. Como existen diferentes tipos de conectores se establecerán unas prioridades en la conexión de las mismas.

� Conexionado Alimentación General: Se realizara en primer lugar ya que no

afecta al espacio físico para maniobrar en caso de rotura o recambio. Se

utilizara un bus de 5 hilos con una sección equivalente al consumo de corriente

estudiado. No supondrá mucho cableado.

� Conexionado Panel Frontal: Ira en segundo lugar con el fin de dejar conectado

y fijado el panel frontal. Se utilizará un bus de 8 hilos principalmente para

conectar todos los componentes del panel de usuario.

� Conexionado Caja-Cámara: Por último se conectaran los cables de la sonda

PT100, las 3 patillas del LM35 y la alimentación tanto del calefactor como de

los ventiladores.

Se aconseja previamente a la conexión de los conectores, medir previamente las distancias entre los mismos y prepararlos fuera de la caja de conexiones ya que puede suponer un trabajo innecesario y más costoso.

La utilización de cableado en mal estado o de material que no cumpla con las especificaciones, podrán lugar a fallos en el proceso o a dañar componentes. Si se ha realizado de manera negligente el diseñador no se hará responsable de demandas económicas ni de carácter jurídico.


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2.5.2 CONDICIONES DE FABRICACIÓN DE CIRCUITO IMPRESO

Respetando en el diseño de las placas la anchura de las pistas en función de señal o alimentación que sea, las diferentes placas deben tener una serie de características de fabricación que en el caso de no cumplir no tendría peso legal en cualquier reclamación por parte del cliente.

TARJETAS TEMPERATURA PWM TERMOSTATO

NÚMERO DE CARAS 1 2 1

MEDIDAS 100 x 100 mm 100 x 100 mm 100 x 100 mm

TARJETAS ALIMENTACIÓN POTENCIA CONEXIÓN PC

NÚMERO DE CARAS 1 2 1

MEDIDAS 100 x 50 mm 100 x 60 mm 100 x 50 mm

TARJETAS CONEX. EXTERIOR AMP.SEÑALES

NÚMERO DE CARAS 1 1

MEDIDAS 100 x 50 mm 100 x 50 mm

Para una mejor conexión de los componentes los conectores de la alimentación se colocaran a la parte derecha de la placa para el ahorro de material y de espacio.

La utilización de fibra de vidrio de dos caras en las placas que están asignadas a realizarse en una cara supone un gasto adicional, ya que no supone alteración alguna en su funcionamiento.


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2.6 PRUEBAS Y ENSAYO DE MONTAJES

Una vez que se hayan realizado las diferentes placas en el orden establecido se procederá a realizar diferentes pruebas para comprobar que su funcionamiento es correcto. Esto se realizaría antes de colocar ninguna conexión con otras placas ya que la mala conexión de los componentes así como las soldaduras podrían alterar el comportamiento de las salidas y dañar otros dispositivos. No seguir estos pasos eximen al diseñador de cargo alguno.

� Tarjeta de Temperatura

Una vez soldados los componentes se realizaran dos pruebas para comprobar que el voltaje a la salida corresponde con la temperatura de la sonda. La primera se realizara colocando la sonda en agua hirviendo, lo que es lo mismo a 100 grados, de esta manera se medirán 5 voltios a la salida del circuito. Como medida adicional se utilizara un polímetro para medir la resistencia en bornes de la PT100 y se comprobara con la tabla de valores en la hoja de características del sensor.

La segunda prueba se realizara a la temperatura del agua del grifo, normalmente se encuentra a unos 15 grados y se procederá a realizar los mismo pasos que en la prueba anterior.

� Tarjeta de Control PWM

Después de haber seguido los pasos para realizar el circuito impreso se realizaran un par de ensayos para optimizar su funcionamiento.

Lo primero será ajustar el potenciómetro para que la señal generada por los dos primeros operacionales de una frecuencia lo más cercana posible a 1000 Hz de frecuencia. Con el uso de un osciloscopio y colocando la sonda de medida en los puntos se ajustaran los demás potenciómetros para que la señal triangular tenga el valor mínimo en 0 voltios y el valor máximo en 10 V. Por otro lado se medirá en la salida del segundo amplificador de la etapa de reducción de potencia observando que los valores de la acción de control son reducidos a la mitad.

Tras esto se realizara una prueba para comprobar que el control PWM funciona bien. En la patilla de la acción de control se conectara una fuente de alimentación que se usara como valor de tensión variable entre 0 y 10. A la salida se observara como el tiempo a ON de la señal varia proporcionalmente con el valor de tensión de control. Si es correcto se puede dar por válido el funcionamiento.


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� Tarjeta del Termostato

Una vez colocados y soldados los componentes en su sitio se comprobara su comportamiento. Colocando el polímetro en el punto de medida VP1 y modificando por otro lado el potenciómetro se fijara la temperatura en 40 grados. Una temperatura fácilmente asumible con un mechero. De esta manera el relé conmutara a dicha temperatura. Si no es correcto habrá que revisar continuidad en las soldaduras.

� Tarjeta de Potencia

Para la prueba de esta placa hay que tener cuidado ya que las tensiones utilizadas son altas ya que funciona con 220 voltios. Comprobar de manera minuciosa la continuidad de los componentes y de la misma manera la correcta soldadura de los componentes.

La primera prueba será observar si la rectificación se genera bien. Esto se comprobará colocando el osciloscopio de potencia a la salida del rectificador. Deberá aparecer una señal continua con algo de rizado con un nivel de tensión alrededor de 320 voltios.

El siguiente paso es comprobar que la tensión de salida del Zener se corresponde con 24 voltios. Midiendo en ese punto se observara la señal PWM con 24 voltios como nivel alto de dicha señal.

Finalmente, con el osciloscopio se visualizara la tensión que cae en la carga, si corresponde con el funcionamiento descrito, la tarjeta se daría por válida.

� Placa de Alimentaciones

Una vez soldados los reguladores y conectores se realizara una simple prueba para ver que la tensión llega a todas las placas por igual.

Se medirá a la salida de los reguladores para observar que la tensión de salida de los mismos cuadra con las características de diseño. También se observara que las tensiones de la fuente de alimentación integrada corresponden a sus propiedades.

Si tras esto existe algún fallo, es muy probable que los componentes no estén bien soldados a las pistas de la placa.


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� Placa del Conexionado PC

Con los dos componentes fijados y soldados las conexiones se realizara una pequeña prueba de recepción de datos. Para ello es necesaria la utilización de software específico como la aplicación Simulink de Matlab.

Se diseñara un proceso de simulación en el cual se mandara por las dos salidas analógicas, dos tensión de 5 y 10 voltios cada una. Para comprobar su funcionamiento mediante un aparato de medida en los pines correspondientes se leerán dichos valores. Lo mismo se realizara para comprobar el funcionamiento de la entrada.

Mediante una fuente de alimentación se fijara un valor de 5 voltios y mediante el programa de simulación se deberá leer dichos voltios.

Si esto no sucede habrá que revisar las conexiones ya que es probable que no estén bien soldadas las pistas a sus pines correspondientes.

� Placa del Conexionado Exterior

Una vez colocados los conectores de diversos pines, las resistencias y los Zener se procederá a realizar una simple prueba para saber si funcionamiento es óptimo.

Para el selector de la acción de control se colocará en sus tres entradas diferentes tensiones. Estas se deberán observar en los pines de los conectores correspondientes. Se repetirá para los otros dos selectores.

Si existen errores en la lectura de las tensiones fijadas es posible que el fallo sea de una mala soldadura tanto de los pines de los conectores como del bus de cables que va a distribuir las señales.

El no actuar de la manera fijada respecto a los ensayos supondría la incapacidad de queja o reclamación de materiales defectuosos o diseños erróneos al diseñador.

� Placa de Amplificación de Señales

Una vez colocados los conectores de diversos pines y los demás componentes se procederá a realizar una simple prueba para saber si su funcionamiento es correcto.

Con una tensión de 10 voltios en ambas entradas de los L272 a la salida de ambos se tiene que medir 24 voltios. Para el LM741 con una entrada de 5 voltios la salida debe ser de 10, si se cumplen dichas mediciones la placa funciona a la perfección.


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2.7 CONDICIONES DE MANTENIMIENTO

2.7.1 CONSERVACIÓN

Si pare el montaje y puesta en marcha de los equipos y materiales que componen el sistema de control se siguen todas las indicaciones y especificaciones que se dan en los Planos, Pliego de Condiciones, Anexos y Memoria, la vida útil de dichos elementos sólo dependerá de las condiciones de mantenimiento que da el fabricante.

2.7.2 INICIALIZACIÓN DEL EQUIPO

Debido a que el equipo puede tomar los datos de entrada desde el exterior

mediante los mandos de acción y mediante el PC, si se desea utilizar una de las 2 formas

de datos del exterior el encendido puede hacerse sin mayor problema.

2.7.3 EXCLUSIVIDAD DEL APARATO

Las diferentes estructuras de control empleadas en el desarrollo del proyecto han sido diseñadas específicamente para la planta térmica, empleando como elementos intermedios el PC y la tarjeta de adquisición de datos PCI 6229, una fuente de alimentación externa o los propios controles del panel frontal.

El proyectista no se hace responsable de los errores producidos en el sistema desarrollado o en las plantas de control empleadas si este elemento se emplea de un modo diferente al descrito en la memoria del presente proyecto.

El empleo de las estructuras de control diseñadas y de las aplicaciones de control en tiempo real en otro proceso puede producir graves errores de comportamiento. Será responsabilidad del operario las consecuencias derivadas de un mal uso de los mismos.

2.8 CONDICIONES ECONÓMICAS

En este capítulo se describen las condiciones económicas a las que está sujeto el proyecto.


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2.8.1 ERRORES EN EL PROYECTO

En el caso de existir errores materiales, de montaje o instalación en el proyecto, se hará saber al proyectista en el menor tiempo posible. De no realizar este aviso en un tiempo adecuado y según el protocolo de seguimiento desarrollado, el proyectista quedará libre de culpa o sanción por los posibles errores.

El proyectista no se hace responsable de los errores producidos por el empleo de materiales, técnicas de montaje, instalación o empleo erróneas, quedando exento de toda responsabilidad.

2.8.2 JORNADAS Y SALARIOS

Las jornadas y salarios empleados para desarrollar el “Diseño y desarrollo de

planta térmica a escala de laboratorio” corren a cargo de la empresa constructora, desde el comienzo del proceso de montaje hasta que se finalice y entregue el dispositivo final desarrollado.

Correrá a cargo de la empresa contratista el pago de los derechos de alta en la delegación provincial del Ministerio de Industria y los organismos competentes en el lugar de implantación del proyecto.

Para llevar a cabo la ejecución del proyecto deberán estar abonados los honorarios del proyectista, pudiendo recaer cargos sobre ello si esta parte no es cumplimentada para su desarrollo.

2.9 DISPOSICIÓN FINAL

Las dos partes contratantes, dirección técnica y empresa, ratifican el contenido del siguiente pliego de condiciones, el cual tienen igual validez, a todos los efectos, que una estructura publica, prometiendo fiel cumplimiento.

FIRMADO:

D. Gabriel Sierra Somovilla

Logroño a 20 de Julio del 2012


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_____________________________________________________________________ ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE

INGENIERÍA INDUSTRIAL ABR-17 311

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PRESUPUESTO

DOCUMENTO Nº5







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_____________________________________________________________________ ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE

INGENIERÍA INDUSTRIAL ABR-17 312

3. PRESUPUESTO

Se realizaran una serie de grupos para diferenciar por capítulos el presupuesto de las diferentes fases del desarrollo del montaje. Habrá un grupo por placa diseñada en el proyecto, así mismo, un grupo que contendrá todo lo relacionado con la mano de obra y coste de ejecución del proyecto. De esta manera se observará de manera más precisa el coste y desembolso parcial y total del proyecto.

Todos los precios vienen fijados por vendedores minoritarios así como distribuidores oficiales del sector. Para realizar el diseño no se necesita grandes tiradas de componentes. Eso quiere decir que se compran pocas cantidades y a un valor mayor, renunciando a la oferta.

El presupuesto se va a dividir en los siguientes capítulos:

RECURSOS MATERIALES

- Acondicionamiento PT100

- Control PWM

- Termostato

- Circuito de Potencia

- Alimentaciones

- Conexionado PC

- Conexionado Exterior

- Amplificación de Señales

- Diseño y Cableado

RECURSOS HUMANOS

- Diseño Placas Internas

- Diseño Exterior, Montaje y Pruebas

- Propiedad Intelectual y Organización Documental


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3.1 ESTADO DE MEDICIONES

En este apartado se detallaran las cantidades de cada componente que componen cada capítulo, es posible que varios componentes iguales existan en diferentes capítulos. Llegado el momento se englobara todo en un mismo punto para hacer una valoración global de la cantidad de componentes del proyecto.

Las tablas que contendrán las cantidades de cada componente, tendrán diversas columnas en la que se referenciara cada componente así como, constara la cantidad de cada referencia incluyendo un pequeño comentario de explicación del mismo. También se colocara la unidad del sistema internacional en el que se está midiendo cada componente.

RECURSOS MATERIALES


Referencia Unidad Nombre Cantidad Comentario

R.001 Ud. XTR105 1 Conver. R-I R.002 Ud. RCV420 1 Conver. I-V R.003 Ud. 1N4148 1 Diodo R.004 Ud. BDX53 1 Transistor R.005 Ud. PT100 1 Sensor R.006 Ud. Cond. 1 uF 2 C. Pasivo R.007 Ud. Cond. 10 nF 2 C. Pasivo R.008 Ud. Res. 100 Ohm 1 C. Pasivo R.009 Ud. Res. 1k Ohm 1 C. Pasivo R.010 Ud. Pot 100K 1 Res. Variable R.011 Ud. Pot 470 1 Res. Variable R.012 Ud. Conector 5 Pines 1 Bornes R.013 Ud. Conector 2 Pines 2 Bornes R.014 Ud. Conector DIP 16 1 Zócalo R.015 Ud. Conector DIP 14 1 Zócalo


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� Control PWM


R.021 Ud. LM741 6 A. Operacional R.022 Ud. LM311 1 Comparador R.023 Ud. Cond. 39 nF 1 C. Pasivo R.024 Ud. MCT6 1 Optoacoplador R.025 Ud. Pot 10K 2 Res. Variable R.026 Ud. Res. 10k Ohm 1 C. Pasivo R.009 Ud. Res. 1k Ohm 9 C. Pasivo R.028 Ud. Res. 5.6k Ohm 1 C. Pasivo R.029 Ud. Res. 15k Ohm 1 C. Pasivo R.030 Ud. Res. 560 Ohm 1 C. Pasivo R.031 Ud. Conector DIP 8 8 Zócalo R.032 Ud. Regulador 5 V 1 Regulador R.033 Ud. Res. 150 Ohm 1 C. Pasivo R.010 Ud. Pot 100k 1 Res. Variable R.012 Ud. Conector 5 Pines 1 Bornes R.051 Ud. Conector 3 Pines 1 Bornes

� Termostato


R.040 Ud. LM35 1 Sensor R.041 Ud. TL431 1 Pro. Voltaje R.026 Ud. Res 10k Ohm 1 C. Pasivo R.043 Ud. Res 4.7M Ohm 1 C. Pasivo R.044 Ud. Res 1.2k Ohm 1 C. Pasivo R.045 Ud. Res 33 Ohm 1 C. Pasivo R.046 Ud. LM358 1 A. Operacional R.047 Ud. 1N4001 2 Diodo R.048 Ud. Pot 2.2k 1 Res. Variable R.049 Ud. Zener 12V 1 Regulador R.050 Ud. Con. 470 uF (E) 1 C. Electrolítico R.051 Ud. Conector 3 Pines 1 Bornes R.052 Ud. BC558 1 Transistor R.053 Ud. LED 1 Diodo R.003 Ud. 1N4148 2 Diodo R.009 Ud. Res 1K Ohm 2 C. Pasivo R.025 Ud. Con. 100 nF 1 C. Pasivo R.012 Ud. Conector 5 Pines 1 Bornes R.013 Ud. Conector 2 Pines 1 Bornes R.031 Ud. Conector DIP 8 1 Zócalo


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R.060 Ud. Relé 12V 1 Relé R.061 Ud. Conector Relé 1 Zócalo R.062 Ud. Fusible 5 A 1 Protección R.063 Ud. Portafusibles 1 Zócalo R.064 Ud. KBPC 1006 1 Rectificador R.065 Ud. SSH7N90A 1 E. Potencia R.066 Ud. Res. 390 Ohm 1 C. Pasivo R.067 Ud. Con. 330 uF (400V) 2 C. Pasivo R.051 Ud. Res. 68 K Ohm (Pot) 2 C. Pasivo R.067 Ud. Res 150 K Ohm 1 C. Pasivo R.068 Ud. Zener 24 V 1 Regulador R.013 Ud. Conector 2 Pines 5 Bornes

� Alimentación


R.070 Ud. LM7812 1 Regulador R.071 Ud. LM7810 1 Regulador R.051 Ud. Conector 3 Pines 1 Bornes R.012 Ud. Conector 5 Pines 5 Bornes R.072 Ud. Fuente de 24 V 1 Alimentación R.073 Ud. Fuente de +-15V 1 Alimentación

� Conexionado PC


R.080 Ud. SCSI 68 1 Conector R.081 Ud. Conector 8 Pines 1 Bornes



R.090 Ud. Zener 12 V 2 Regulador R.091 Ud. Zener 10 V 1 Regulador R.092 Ud. Resistencia 47 Ohm 3 C. Pasivo R.081 Ud. Conector 8 Pines 5 Bornes R.012 Ud. Conector 5 Pines 1 Bornes R.013 Ud. Conector 2 Pines 1 Bornes


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R.095 Ud. L272 2 A. Operacional R.096 Ud. Res. 1.5 K Ohm 2 C. Pasivo R.009 Ud. Res. 1 K Ohm 6 C. Pasivo R.021 Ud. LM741 1 A. Operacional R.012 Ud. Conector 5 Pines 1 Bornes R.013 Ud. Conector 2 Pines 1 Bornes R.051 Ud. Conector 3 Pines 2 Bornes

� Diseño y Cableado


R.100 Dm3 Agua 2 M. Químico R.101 Dm3 Agua Oxigenada 2 M. Químico R.102 Dm3 Agua Fuerte 2 M. Químico R.103 M2 Placa F. Vidrio 1 Cara 1 Placa R.104 M2 Placa F. Vidrio 2 Caras 0.5 Placa R.105 M Cableado 5 Hilos 1 Alimentación R.106 M2 Metacrilato (Gr. 10 mm) 1 Cubierta R.107 Ud. Ventilador24 V 2 Actuador R.108 Ud. Caja Conexiones 1 Caja R.109 Ud. Pot. Multivuelta 3 Panel Frontal R.110 Ud. Dial Pot. Multivuelta 3 Panel Frontal R.111 Ud. Selector 3 Panel Frontal R.112 Ud. Interruptor General 1 Panel Frontal R.113 Ud. Bornas de Conexión 8 Panel Frontal R.114 M Cableado Interno 1 Alimentación R.115 Ud. Adaptador 220 V 1 Panel Post. R.116 M Manguera 2x1.5 2 Alimentación R.117 M Manguera 8 Hilos 2 Alimentación R.118 Ud. Tornillería y Fijación 1 Fijación R.119 Ud. Vinilo de Impresión 1 Serigrafía R.120 Ud. Tapa Selector 3 Panel Frontal R.121 Ud. Registro 1 Caja R.122 Ud. Racores 4 Prensas R.123 M Canaleta 1 Bandeja R.124 Ud. Carrete Estaño 1 Soldadura R.125 Ud. Pruebas 1 Pruebas


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RECURSOS HUMANOS

� Diseño Placas Internas

Referencia Unidad Nombre Cantidad

R.200 H. Placa Acondicionamiento PT100 35 R.201 H. Placa Control PWM 40 R.202 H. Placa Termostato 18 R.203 H. Placa Circuito de Potencia 80 R.204 H. Placa Alimentaciones 12 R.205 H. Placa Conexionado PC 30 R.206 H. Placa Panel Frontal 35 R.207 H. Placa Amplificación de Señales 20

� Diseño Exterior, Montaje y Pruebas


R.300 H. Conexión Cableado Interno 12 R.301 H. Diseño y Montaje Cámara 20 R.302 H. Diseño y Montaje Panel Frontal 30 R.303 H. Montaje Caja de Conexiones 25 R.304 H. Pruebas 20

� Propiedad Intelectual y Organización Documental


R.400 H. Búsqueda de Información 85 R.401 H. Redacción de la Documentación 250


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3.2 CUADRO DE PRECIOS

A continuación se detallan los precios unitarios de las referencias anteriores. De esta manera se observara de maneras mas concreta el coste de cada componente y el precio de cada hora en función de la tarea realizada. Todos los precios se corresponderán a euros.

RECURSOS MATERIALES


Referencia Unidad Nombre Precio

R.001 Ud. XTR105 10.44 R.002 Ud. RCV420 7.77 R.003 Ud. 1N4148 0.011 R.004 Ud. BDX53 0.576 R.005 Ud. PT100 41.70 R.006 Ud. Cond. 1 uF 0.07 R.007 Ud. Cond. 10 nF 0.07 R.008 Ud. Res. 100 Ohm 0.005 R.009 Ud. Res. 1k Ohm 0.005 R.010 Ud. Pot 100K 0.6 R.011 Ud. Pot 470 0.6 R.012 Ud. Conector 5 Pines 0.6 R.013 Ud. Conector 2 Pines 0.3 R.014 Ud. Conector DIP 16 0.64 R.015 Ud. Conector DIP 14 0.64


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� Control PWM


R.021 Ud. LM741 0.306 R.022 Ud. LM311 0.496 R.023 Ud. Cond. 39 nF 0.07 R.024 Ud. MCT6 0.25 R.025 Ud. Pot 10K 0.6 R.026 Ud. Res. 10k Ohm 0.005 R.009 Ud. Res. 1k Ohm 0.005 R.028 Ud. Res. 5.6k Ohm 0.005 R.029 Ud. Res. 15k Ohm 0.005 R.030 Ud. Res. 560 Ohm 0.005 R.031 Ud. Conector DIP 8 0.64 R.032 Ud. Regulador 5 V 0.8 R.033 Ud. Res. 150 Ohm 0.005 R.010 Ud. Pot 100k 0.6 R.012 Ud. Conector 5 Pines 0.6 R.051 Ud. Conector 3 Pines 0.3

� Termostato


R.040 Ud. LM35 2.51 R.041 Ud. TL431 0.277 R.026 Ud. Res 10k Ohm 0.005 R.043 Ud. Res 4.7M Ohm 0.005 R.044 Ud. Res 1.2k Ohm 0.005 R.045 Ud. Res 33 Ohm 0.005 R.046 Ud. LM358 0.79 R.047 Ud. 1N4001 0.043 R.048 Ud. Pot 2.2k 0.6 R.049 Ud. Zener 12V 0.496 R.050 Ud. Con. 470 uF (E) 0.07 R.051 Ud. Conector 3 Pines 0.3 R.052 Ud. BC558 0.05 R.053 Ud. LED 0.064 R.003 Ud. 1N4148 0.011 R.009 Ud. Res 1K Ohm 0.005 R.025 Ud. Con. 100 nF 0.07 R.012 Ud. Conector 5 Pines 0.6 R.013 Ud. Conector 2 Pines 0.3 R.031 Ud. Conector DIP 8 0.64


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R.060 Ud. Relé 12V 2.41 R.061 Ud. Conector Relé 1.1 R.062 Ud. Fusible 5 A 1.92 R.063 Ud. Portafusibles 1.7 R.064 Ud. KBPC 1006 2.17 R.065 Ud. SSH7N90A 6 R.066 Ud. Res. 390 Ohm 0.005 R.067 Ud. Con. 330 uF (400V) 2.5 R.051 Ud. Res. 68 K Ohm (Pot) 1 R.067 Ud. Res 150 K Ohm 0.005 R.068 Ud. Zener 24 V 0.3 R.013 Ud. Conector 2 Pines 0.6

� Alimentación


R.070 Ud. LM7812 0.12 R.071 Ud. LM7810 0.12 R.051 Ud. Conector 3 Pines 0.3 R.012 Ud. Conector 5 Pines 0.6 R.072 Ud. Fuente de 24 V 37.5 R.073 Ud. Fuente de +-15 V 38

� Conexionado PC


R.080 Ud. SCSI 68 13.80 R.081 Ud. Conector 8 Pines 0.6



R.090 Ud. Zener 12 V 0.496 R.091 Ud. Zener 10 V 0.696 R.092 Ud. Resistencia 47 Ohm 0.005 R.081 Ud. Conector 8 Pines 0.6 R.012 Ud. Conector 5 Pines 0.6 R.013 Ud. Conector 2 Pines 0.3


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R.095 Ud. L272 1.5 R.096 Ud. Res. 1.5 K Ohm 0.005 R.009 Ud. Res. 1 K Ohm 0.005 R.021 Ud. LM741 0.306 R.012 Ud. Conector 5 Pines 0.6 R.013 Ud. Conector 2 Pines 0.3 R.051 Ud. Conector 3 Pines 0.3



R.100 Dm3 Agua 0.003 R.101 Dm3 Agua Oxigenada 1.74 R.102 Dm3 Agua Fuerte 0.85 R.103 M2 Placa Fibra Vidrio 1 Cara 64 R.104 M2 Placa Fibra Vidrio 2 Caras 96 R.105 M Cableado 5 Hilos 1.05 R.106 M2 Metacrilato (Gr. 10 mm) 11.5 R.107 Ud. Ventilador 24 V 2.28 R.108 Ud. Caja Conexiones 35 R.109 Ud. Pot. Multivuelta 11.2 R.110 Ud. Dial Pot. Multivuelta 12.82 R.111 Ud. Selector 2.1 R.112 Ud. Interruptor General 1.4 R.113 Ud. Bornas de Conexión 2.1 R.114 M Cableado Interno 1.2 R.115 Ud. Adaptador 220 V 1.42 R.116 M Manguera 2x1.5 0.95 R.117 M Manguera 8 Hilos 1.3 R.118 Ud. Tornillería y Fijación 25 R.119 Ud. Vinilo de Impresión 10 R.120 Ud. Tapa Selector 0.742 R.121 Ud. Registro 2.3 R.122 Ud. Racores 0.6 R.123 M Canaleta 2.56 R.124 Ud. Carrete Estaño 14.65 R.125 Ud. Pruebas 100


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RECURSOS HUMANOS


Referencia Unidad Nombre Precio Hora

R.200 H. Placa Acondicionamiento PT100 36.5 R.201 H. Placa Control PWM 36.5 R.202 H. Placa Termostato 36.5 R.203 H. Placa Circuito de Potencia 36.5 R.204 H. Placa Alimentaciones 36.5 R.205 H. Placa Conexionado PC 36.5 R.206 H. Placa Panel Frontal 36.5 R.207 H. Placa Amplificación de Señales 36.5








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3.3 PRESUPUESTO PARCIAL DE EJECUCIÓN MATERIAL

En este apartado se realizara la suma de los costes totales de cada capítulos tanto de los recursos materiales como los recursos humanos.

RECURSOS MATERIALES


Referencia Unidad Nombre Precio Total

R.001 Ud. XTR105 10.44 R.002 Ud. RCV420 7.77 R.003 Ud. 1N4148 0.011 R.004 Ud. BDX53 0.576 R.005 Ud. PT100 41.70 R.006 Ud. Cond. 1 uF 0.14 R.007 Ud. Cond. 10 nF 0.14 R.008 Ud. Res. 100 Ohm 0.005 R.009 Ud. Res. 1k Ohm 0.005 R.010 Ud. Pot 100K 0.6 R.011 Ud. Pot 470 0.6 R.012 Ud. Conector 5 Pines 0.6 R.013 Ud. Conector 2 Pines 0.6 R.014 Ud. Conector DIP 16 0.64 R.015 Ud. Conector DIP 14 0.64

TOTAL 64.467 Euros


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� Control PWM


R.021 Ud. LM741 1.836 R.022 Ud. LM311 0.496 R.023 Ud. Cond. 39 nF 0.07 R.024 Ud. MCT6 0.25 R.025 Ud. Pot 10K 1.2 R.026 Ud. Res. 10k Ohm 0.005 R.009 Ud. Res. 1k Ohm 0.045 R.028 Ud. Res. 5.6k Ohm 0.005 R.029 Ud. Res. 15k Ohm 0.005 R.030 Ud. Res. 560 Ohm 0.005 R.031 Ud. Conector DIP 8 5.12 R.032 Ud. Regulador 5 V 0.8 R.033 Ud. Res. 150 Ohm 0.005 R.010 Ud. Pot 100k 0.6 R.012 Ud. Conector 5 Pines 0.6 R.051 Ud. Conector 3 Pines 0.3

TOTAL 11.342 Euros

� Termostato


R.040 Ud. LM35 2.51 R.041 Ud. TL431 0.277 R.026 Ud. Res 10k Ohm 0.005 R.043 Ud. Res 4.7M Ohm 0.005 R.044 Ud. Res 1.2k Ohm 0.005 R.045 Ud. Res 33 Ohm 0.005 R.046 Ud. LM358 0.79 R.047 Ud. 1N4001 0.086 R.048 Ud. Pot 2.2k 0.6 R.049 Ud. Zener 12V 0.496 R.050 Ud. Con. 470 uF (E) 0.07 R.051 Ud. Conector 3 Pines 0.3 R.052 Ud. BC558 0.05 R.053 Ud. LED 0.064 R.003 Ud. 1N4148 0.022 R.009 Ud. Res 1K Ohm 0.01 R.025 Ud. Con. 100 nF 0.07 R.012 Ud. Conector 5 Pines 0.6 R.013 Ud. Conector 2 Pines 0.3 R.031 Ud. Conector DIP 8 0.64

TOTAL 6.905 Euros


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R.060 Ud. Relé 12V 2.41 R.061 Ud. Conector Relé 1.1 R.062 Ud. Fusible 5 A 1.92 R.063 Ud. Portafusibles 1.7 R.064 Ud. KBPC 1006 2.17 R.065 Ud. SSH7N90A 6 R.066 Ud. Res. 390 Ohm 0.005 R.067 Ud. Con. 330 uF (400V) 5 R.051 Ud. Res. 68 K Ohm (Pot) 2 R.067 Ud. Res 150 K Ohm 0.005 R.068 Ud. Zener 24 V 0.3 R.013 Ud. Conector 2 Pines 3

TOTAL 25.61 Euros

� Alimentación


R.070 Ud. LM7812 0.12 R.071 Ud. LM7810 0.12 R.051 Ud. Conector 3 Pines 0.3 R.012 Ud. Conector 5 Pines 3 R.072 Ud. Fuente de 24 V 37.5 R.072 Ud. Fuente de +-15 V 38

TOTAL 79.04 Euros

� Conexionado PC


R.080 Ud. SCSI 68 13.80 R.081 Ud. Conector 8 Pines 0.6

TOTAL 14.4 Euros


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R.090 Ud. Zener 12 V 0.992 R.091 Ud. Zener 10 V 0.696 R.092 Ud. Resistencia 47 Ohm 0.015 R.081 Ud. Conector 8 Pines 3 R.012 Ud. Conector 5 Pines 0.6 R.013 Ud. Conector 2 Pines 0.3

TOTAL 5.603 Euros



R.095 Ud. L272 3 R.096 Ud. Res. 1.5 K Ohm 0.01 R.009 Ud. Res. 1 K Ohm 0.03 R.021 Ud. LM741 0.306 R.012 Ud. Conector 5 Pines 0.6 R.013 Ud. Conector 2 Pines 0.3 R.051 Ud. Conector 3 Pines 0.6

TOTAL 4.846 Euros



R.100 Dm3 Agua 0.006 R.101 Dm3 Agua Oxigenada 3.48 R.102 Dm3 Agua Fuerte 1.7 R.103 M2 Placa F. Vidrio 1 Cara 64 R.104 M2 Placa F. Vidrio 2 Caras 48 R.105 M Cableado 5 Hilos 1.05 R.106 M2 Metacrilato (Gr. 10 mm) 11.5 R.107 Ud. Ventilador 24 V 4.56 R.108 Ud. Caja Conexiones 35 R.109 Ud. Pot. Multivuelta 33.6 R.110 Ud. Dial Pot. Multivuelta 38.46 R.111 Ud. Selector 6.3 R.112 Ud. Interruptor General 1.4 R.113 Ud. Bornas de Conexión 16.8 R.114 M Cableado Interno 1.2 R.115 Ud. Adaptador 220 V 1.42 R.116 M Manguera 2x1.5 1.9


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R.117 M Manguera 8 Hilos 2.6 R.118 Ud. Tornillería y Fijación 25 R.119 Ud. Vinilo de Impresión 10 R.120 Ud. Tapa Selector 2.226 R.121 Ud. Registro 2.3 R.122 Ud. Racores 2.4 R.123 M Canaleta 2.56 R.124 Ud. Carrete Estaño 14.65 R.125 Ud. Pruebas 100

TOTAL 432.112 Euros

RECURSOS HUMANOS



R.200 H. Placa Acondicionamiento PT100 1277.5 R.201 H. Placa Control PWM 1460 R.202 H. Placa Termostato 657 R.203 H. Placa Circuito de Potencia 2910 R.204 H. Placa Alimentaciones 438 R.205 H. Placa Conexionado PC 1095 R.206 H. Placa Panel Frontal 1277.5 R.207 H. Placa Amplificación de Señales 730

TOTAL 9845 Euros




TOTAL 2640 Euros


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TOTAL 7275 Euros


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3.4 PRESUPUESTO TOTAL DE EJECUCIÓN MATERIAL

Con todos los presupuestos parciales calculados, se procederá a la suma total de todos. Se contaran todos los impuestos añadidos así como otros costes.

Capitulo Precio Total

Diseño Placa Acondicionamiento PT100 64.467 Diseño Placa Control PWM 11.342 Diseño Placa Termostato 6.905 Diseño Placa Circuito de Potencia 25.61 Diseño Placa Alimentación 79.04 Diseño Placa Conexionado PC 14.4 Diseño Placa Conexionado Exterior 5.603 Diseño Placa Amplificación de Señales 4.846 Diseño y Cableado 432.112 RR.HH. – Diseño Interno 9845 RR.HH. – Diseño Externo, Montaje y Pruebas 2640 RR.HH. – Organización Documental 7275 TOTAL SIN IMPUESTOS 20404,325 Impuestos Añadidos IVA 18% 3672.7785 TOTAL CON IMPUESTOS 24077,1035

El valor de la totalidad el coste del presupuesto del proyecto asciende a la cantidad de VEINTICUATRO MIL SETENTA Y SIETE CON MIL TREINTA Y CINCO

maqueta alecop mt-542 temperatura

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