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CAPITULO 1
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE MOLIENDA
1.1. Definición de molienda
Los procesos que se realizan en las factorías cerámicas son muy variados. Las operaciones preliminaresdependen de la condición de las materias primas.
Se conoce que algunas materias primas se trituran, muelen, lavan, purifican y secan antes de su venta por lapropia firma exploradora.
Cuando las materias primas son entregadas al fabricante en estado bruto estas son tratadas en dos métodospurificación y molienda.
Las materias primas no plásticas requieren trituración o desintegración seguida por molienda en seco o enhúmedo hasta llegar a diversos grados de finura. Los materiales individuales precisan de diferentes maquinaspara esto, conforme a su tamaño de grano, dureza y tipo de fractura.
Las materias primas plásticas se tratan en cualquiera de los estados seco, plástico o húmedo. La preparaciónseca puede llevar consigo secado, trituración, molienda y separación con aire. La preparación plástica puedeincluir también trituración o desintegración seguidas por amasado y mezclado.
Cuando se habla de la molturación de sólidos, se entiende toda una serie de operaciones que pretenden lareducción de las dimensiones del material que van desde la premolturacion hasta una pulverización.
Pero la molturación no tiene por objeto la simple obtención de pequeñas partículas de tamaño menos gruesoque el original, sino producir un material con un determinado diámetro medio de partículas y una distribucióngranulométrica adecuada para el producto que se desea obtener.
La preparación de molienda en húmedo es utilizada únicamente para pastas cerámicas de alta calidad la cualse pasa por filtro − prensas las mismas que eliminan el exceso de agua de moliendo quedando una pastacerámica con la plasticidad adecuada para la fabricación de platos por medio de tornos, para el proceso de lafabricación de platos cerámicos prensados la pasta pasa por atomizadores con la finalidad de pulverizar lapasta cerámica en un cilindro con terminación cónica en el cual se introducido calor para obtener la pastacerámica pulverizada y seca o la fabricación de barbotina con una humedad inferior para la fabricación depiezas coladas a través del sistema de colado.
1.2. Tipos de Molienda
La molturación de las materias primas que componen la pasta cerámica se realiza por dos medios:
tecnología por vía seca• tecnología por vía húmeda•
La tecnología por vía seca se utiliza cuando se dispone de materias
primas extremadamente puras o cuando se desea producir materiales de una calidad no muy elevada opreparación de bizcocho en general.
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La tecnología por vía húmeda viene caracterizada por una reducción muy rápida de los materialescomponentes de la mezcla y por una mejor homogenización. Con la molturación en húmedo la materia primasse dispersa dé modo que permiten una posterior reducción de las partículas naturales.
1.3. Tipos de Molinos
Existen diferentes métodos para la molturación de materias primas de la composición cerámica. Los métodosmás utilizados son los siguientes: .
Molinos de Bolas• Molinos a Martillos• Quebrantador de Mandíbulas•
1.4. Selección del Molino
La forma de la partícula, la granulometría, y ciertas propiedades químicas de los materiales molidos dependendel tipo de molienda, produciendo la molienda por cargas de la cantidad máxima de material muy fino para untamaño de partícula máximo dado. La molienda en circuito abierto en molinos de tubos produce una grancantidad de finos. La molienda en circuito cerrado puede proporcionar un producto de tamaño bastanteuniforme: La molienda húmeda y la seca, respectivamente, pueden producir partículas de formas diferentes, yla molienda húmeda puede por otra parte alterar la naturaleza química del producto, por ejemplo delfeldespato, en cuyo caso se disuelve una parte del álcali, o del pedernal, que eventualmente puede combinarsecon el agua para formar un gel de sílice.
Al cambiar de un sistema de molienda a otro es importante tener en cuenta las formas de partícula y lagranulometría, pues mezclas del mismo tamaño máximo pero granulometría diferente dan resultadostotalmente distintos cuando se utiliza una pasta cerámica. Los métodos de molienda tradicionales noproporcionan necesariamente las mezclas de tamaño de grano óptimo, pero cualquier cambio debeexperimentarse bien antes de aplicarlo a la producción en gran escala. Los fabricantes de cerámica especificanfrecuentemente que sus cuerpos moledores beben molerse en la plataforma húmeda de silex negro. Talmolienda puede hacerse mucho más económica en molinos de tubo o de guijarro. Mediante investigacionesrelativas a la distribución óptima de tamaños de partícula puede comprobarse que de este modo se consigue unproducto mejor.
1.5. Molturación con molinos de bolas
Se ha visto anteriormente que la molturación en húmedo tiene por objeto, además de reducir las dimensionesen partículas micronizadas de las partículas que forman la pasta, la perfecta homogenización y dispersión entoda la barbotina de los diferentes componentes.
Lo más frecuente es que las pastas cerámicas estén formadas por muchos componentes añadidos con el fin deadaptar las características de la arcilla al proceso tecnológico más racional y moderno para la obtención delproducto cerámico requerido.
Para la molturación en húmedo se utiliza generalmente el molino Alsing, (foto 1)la molturación con este tipode molino es discontinua, tiene el siguiente ciclo de trabajo que se divide en tres etapas:
Etapa descripción ciclo
1º Carga de materia prima, agua y fluidificantes
2º Molturación propiamente dicha
2
3º Descarga de la barbotina obtenida
Foto 1
MOLINO DE BOLAS
1.6. Teoría de la molturación en húmedo
Existen varias teorías de la molturación que tienden a considerar el funcionamiento de las maquinas medianteleyes expresadas en formulas matemáticas; las más importantes son la ley de Kick y sobre todo la deRittinger.
La ley de Kick•
El trabajo realizado para molturar una cierta cantidad de material es constante a la igualdad de la relación de
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disminución de las dimensiones, independientemente de la dimensión original
E = C log ( D / d )
Donde E = trabajo realizado
C = constante que depende del tipo de material
D = dimensión media de la partícula antes de la molturación
.d = dimensión media de la partícula después de la molturación
Esto significa que la cantidad de energía consumida para desmenuzar un cierto peso de material, por ejemplouna pieza de 1 cm a ½ cm es igual a la energía necesaria para desmenuzar una pieza de ½ cm a ¼ cm y asísucesivamente.
La ley de Rittinger•
Se basa sobre todo en la hipótesis de que el trabajo de rotura para reducir las dimensiones de las partículas seaproporcional a la nueva partícula producida.
La regla se puede expresar con la siguiente formula:
E = K1 ( 1/d − 1/D )
Donde E = trabajo realizado
K1 = constante que depende de la forma de la partícula y del trabajo por unidad de superficie.
.d = lado medio de la partícula del material después de la Molturación.
D = lado medio de la partícula del material antes de la molturación
En otras palabras, la cantidad de energía consumida para desmenuzar una cierta cantidad de material dependetodavía de las dimensiones iniciales y finales del producto molturado.
Sin embargo, debemos observar que en la práctica la energía que se debe transmitir a la maquina para obtenerlas dimensiones adecuadas es siempre superior al valor calculado con las reglas anteriores y esto es por elhecho de que el trabajo total exigido comprende:
Trabajo para vencer la cohesión entre las partículas componentes del pedazo a fracturar.• El trabajo de deformación ( deformación plástica y elástica).• El trabajo de absorbido por fricción entre los órganos molturtantes.• El trabajo absorbido por las vibraciones.• El trabajo dispersado en calor.•
1.7. Cuerpos moledores
La rotación del molino no solamente provoca una rotación completa de la cáscara sino que provoca una seriede rotaciones de los cuerpos moledores (foto 2) sobre ellos mismos.
Estas rotaciones son particularmente eficaces al finalizar la molturación si los cuerpos moledores son bolas
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esféricas o cilíndricas.
Mucho menos eficaces son al contrario los cantos de sílice dado por su forma irregular no les permite unarotación continua y uniforme.
La característica más importante de los cuerpos moledores es el peso específico ( dado normalmente comodensidad ) que permite clasificarlos en:
Cuerpos de baja densidad ( peso especifico = 2.4 − 2.5 gr/cm³, por ejemplo porcelana normal o sílice ).• Cuerpos de media densidad ( peso especifico = 2.6 − 2.7 gr/cm³, por ejemplo esteatita, porcelana de altocontenido en alumina o similar).
•
Cuerpos de alta densidad ( peso especifico = 3.4 − 3.5 gr/cm³ por ejemplo alumina sinterizada, alubit ).•
A más alto peso específico mayor será, para cuerpos moledores de igual volumen, la energía cinética de estecomponente durante la rotación, lo que significa mayor acción moledora. Además durante la molienda éllíquido, por efecto del empuje hidrostático, la fuerza de gravedad es proporcional a la diferencia Pc − Ps entreel peso específico de los cuerpos y el peso especifico del producto. Cuando mayor sea la diferencia mayorserá la acción moledora.
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Foto 2
1.8. Revestimiento del Molino
En una fábrica de cerámica orientada hacia la obtención de un producto selecto y blanco no puede tolerarse lacontaminación por hierro durante la molienda, por lo tanto los molinos deben revestirse con materiales noférreos. Se emplean rocas naturales blancas duras como el silex belga, cuarcita, sílice de adamanto jaspeada ygranito (foto 3), así como los productos cerámicos, porcelana y gres. Están empleándose cada vez más losrevestimientos de caucho, que son, mucho más resistentes a la abrasión y mucho más silenciosos. Las camisasfabricadas presentan la ventaja de tener composición y dureza uniformes conocidas, y de fabricarse entamaños exactos, por lo que pueden emplearse juntas estrechas. Las camisas de piedra y de porcelana seajustan con cemento Pórtland blanco.
A medida que estos materiales se desgastan durante el servicio solo contaminan el producto con materialesque normalmente están incluidos en la pasta cerámica.
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Foto 3
1.9. Carga del producto
Existen seis factores que afectan el funcionamiento eficiente de los molinos de bolas.
Velocidad del molino•
El molino debe girar a una velocidad a la cual el medio moledor se eleve por la pared lo máximo para rodar denuevo hacia abajo sobre sí mismo, pero no tanto que tienda a ser transportado mas allá del nivel de la masageneral y caiga después ya que si el medio moledor puede caer y por lo tanto comienza a desintegrar porimpacto el material del cuerpo moledor se gastara mas rápidamente y contaminara el producto a ser molido.
Cantidad de bolas•
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La carga de cuerpos moledores debe ser al menos el 45% del volumen del molino y no exceder del 55 %
Tamaño de las bolas•
Es la superficie de las bolas o guijarros son las que efectúan la molienda por sus contactos entre sí por lo tantola distribución inicial de cuerpos moledores es 33% cuerpos moledores grandes ( 3.5 pulg. ) 33% cuerposmoledores medianos ( 2.5 pulg. ) 33% cuerpos moledores pequeños ( 1.5 pulg. ).
Cantidad de material•
Teóricamente el uso más eficiente de los cuerpos moledores se hace cuando todos los huecos están llenos conel material a moler, y las bolas están justamente cubiertas con él .
Los espacios huecos ascienden generalmente al 40% del volumen de las bolas.
Con arreglo a la experiencia de los autores, cuando se muele material plástico para una pasta cerámica sonpreferibles cantidades ligeramente inferiores a estas, esto es, aproximadamente un 20% en volumen con 55%de guijarros o cuerpos moledores.
Consistencia del material en el caso de molienda en húmedo•
La consistencia de la mezcla para la molienda húmeda afecta a los resultados. Una mezcla de pasta viscosahace que los cuerpos moledores se peguen unos a otros, provocando que no hagan contacto entre si. Unasuspensión muy fluida puede ocasionar resbalamiento de tal modo que haya que emplearse mayoresvelocidades de molienda para transportar los cuerpos moledores a una altura suficiente.
Tamaño de la partícula inicial•
Si la alimentación es excesivamente gruesa desgastara los cuerpos moledores y el molino innecesariamente.Una alimentación fina conduce a una molienda eficiente y a la obtención de productos uniformes y nocontaminados.
Para la carga del producto a introducir en el molino no hay reglas generales, hay mas bien una indicación parala máxima carga. El producto a molturar ( ya sea en líquido o seco ) debe ser al menos el necesario para cubrircompletamente las bolas o cuerpos moledores. A una cantidad menor bebemos moler a un tiempo mucho máspequeño con peligro de sobrecalentamiento. El limite inferior de la carga del es por consiguiente el valor delvolumen de los vacíos que hay entre las bolas, por ejemplo, una carga de bolas del 50 % del volumen delmolino el producto deberá tener al menos el 20 % del volumen del molino ósea (20/100)*1000 = 200 lts/m³
Es aconsejable tener un cierto exceso de producto de modo que haga de almohada de las bolas que caen encascada. Naturalmente al a ver mas exceso de producto mas tiempo se necesita para moler.
CAPITULO 2
MICROCONTROLADORES PIC DE MICROCHIP
2.1. Introducción a los Microcontroladores.
En 1971 aparece en el mercado el primer microprocesador (µP) que supuso un cambio decisivo en las técnicasde instrumentación y control. Un microprocesador es un chip programable, que integra pocos recursos dehardware; básicamente los relacionados con el procesamiento de información (CPU1) y con el trabajoaritmético (ALU2). Para completar el desempeño de los microprocesadores aparecieron un conjunto de chips
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periféricos, tales como puertos de entrada, salida, memoria, temporizadores; entre otros. Tales periféricosformaron parte de una familia de chips discretos con los que el µP debía comunicarse empleando básicamentetres tipos de buses3: bus de datos, bus de direcciones y bus de control.
En el año 1976, gracias al aumento de la capacidad de integración aparece el primer microcontrolador (µC).La diferencia fundamental de un µC con un µP es que el Microcontrolador integra la mayor cantidad derecursos en un solo chip y se comunica con el exterior solamente a través de líneas de entrada / salida o líneasde puerto.
En la actualidad la solución de la mayoría de los proyectos electrónicos es pensada en primera instanciautilizando microcontroladores. Tal es el desarrollo alcanzado por las tecnologías de microcontroladoresactuales que el papel de los µP ha sido relegado a la fabricación de PCs o a proyectos de gran escala.
Algunas razones que justifican la elección de un microcontrolador son las siguientes:
− Bajo costo, puesto que integra muchos de los recursos que en µP aparecen de forma discreta y seminiaturizan los diseños, lo que supone abaratar costos de fabricación.
−Fiabilidad. Un µC integra la mayor parte de los recursos, por lo que se minimizan las interconexiones en latarjeta de circuito impreso lográndose así un diseño más fiable.
− Ahorro de tiempo en el desarrollo de los diseños.
1 CPU son las siglas de: Central Processing Unit.
2 ALU son las siglas de: Aritmetic Logic Unit.
3 BUS: se asocia el término a un conjunto de líneas que permiten la comunicación en sistemas digitales.
2.2. Características de las líneas de entrada / salida (puertos) en los
Microcontroladores Microchip.
Como ya se había señalado, un microcontrolador se comunica con el entorno solamente a través de líneas deentrada / salida o puertos que vienen integrados al chip. En este sentido, para realizar la conexión de cualquierdispositivo periférico es imprescindible conocer las características relevantes de los puertos de la tecnologíaque se trabaje.
Las características ventajosas de las líneas de puerto en los PICS, también han determinado en gran medida laenorme tasa de acogida entre los diseñadores electrónicos. Dentro de las características generales mássobresalientes pudieran citarse las siguientes:
1) Pueden manejar hasta 25 mA de corriente, tanto como fuente o sumidero, esto hace que sean capaces demanejar LEDs sin necesidad de Buffers.
2) Son configurables individualmente como salidas ó entradas, mediante registros denominados TRIS. Existeun registro TRIS para cada puerto. Cada
bit del cada registro está asociado al pin físico del puerto en cuestión. Al escribir un UNO en un bit de unTRIS queda programado el pin correspondiente como una entrada y al escribir un CERO queda programadocomo salida. Los pines vienen programados por defecto como entradas.
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3) Muchas de ellas están multiplexadas para realizar una de varias funciones: por ejemplo: una misma líneapudiera ser configurada como entrada ó salida digital ó como una entrada analógica.
Al igual que otros periféricos, los puertos en los PICS tratan de mantener las mismas característicasconstructivas al migrar de un dispositivo a otro, esto facilita el aprendizaje de la tecnología.
4) Todas las líneas tienen protección contra ESD (Electrostatic Discharge) y en el caso particular de las líneasde puerto tipo B, existen resistencias de PULL UP4 internas, habilitables o no por SW (Software), limpiandoel bit 7 de un registro (registroOPTION) que se trata en la sección: Timers integrados a los PICs de la FamiliaMedia.
5) Las resistencias de pull up son resistores conectados a la fuente. Su función es mantener un nivel estable deUNO cuando la línea se programa como entrada y queda desconectada
2.3. Descripción de los Puertos integrados a la serie 87X.
En la figura 1 se puede apreciar un pin out del microcontrolador que se trabajará
FIG 1
Figura 1. Pin out característico de la serie 87x.
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Todas las líneas del chip son líneas de puerto de propósito general excepto las que se resumen en la tabla 1 :
Tabla 1. Pines con funciones especiales.
Nombre del pin Número del pin Función
(*)MCLR 1 Pin para generar un RESET externo.
OSC1 13 Pin para conexión del oscilador externo.
OSC2 14 Pin para conexión del oscilador externo.
VSS Pin de referencia.
Generalmente tierra.
VDD Pin de Alimentación.
Generalmente + 5V
Puerto A:
Es un puerto de entrada / salida de 6 pines (ra0 ... ra5) cuyas líneas pueden ser configuradas como entrada(s) /salida(s) digital(es) ó entrada(s) analógica(s); excepto el pin ra4, que es la entrada digital de conteo deltimer08 cuando este es programado como contador de eventos. Los pines del puerto A se enumeran en el chipdesde el pin 1 hasta el pin 6.
5 Refiérase a la sección Reset.
6 Refiérase a la sección Osciladores.
7 Refiérase a la sección Osciladores.
8 Refiérase a la sección Timers ...
Puerto B:
Es un puerto de entrada / salida digital de 8 bits, con pull up. El pull up se puede activar limpiando el bit 7 delregistro OPTION_REG. El registro OPTION_REG es la localización 0x81 del banco1 de la Memoria RAM.
Puerto C:
Es un puerto de entrada / salida digital de 8 bits que multiplexa algunas funciones para sus líneas. Las líneasmultiplexadas interesantes para este curso son:
− Rc2: puede ser un pin de entrada / salida digital o la salida de una onda de PWM generada a partir de unrecurso de HW denominado módulo CCP.
− Rc6 y Rc7: pueden ser pines de entrada / salida digitales o los pines de comunicación para el USART Tx yRx respectivamente. Como los niveles de salida en estos pines son CMOS (0 => 5V), es necesario conectarlosa un chip
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que convierta niveles TTL/CMOS a RS232
Puerto D:
Es un puerto de entrada / salida digital de 8 bits, que multiplexa funciones con el periférico denominadoPuerto Paralelo Esclavo (PSP). El PSP no es objetivo de este curso.
Puerto E:
Es un puerto de entrada / salida de 3 pines (re0, re1 y re2) cuyas líneas pueden ser configuradas comoentrada(s) / salida(s) digital(es) ó entrada(s) analógica(s).
2.4. Circuito oscilador.
Debe conectarse entre los pines OSC1 y OSC2 un cristal de la manera que se muestra en la figura 2. Laconexión externa del cristal con dos condensadores conectados a tierra forma un oscilador con el inversorintegrado al pic y conectado entre los pines OSC1 y OSC2.
FIG 2
Figura 2. Configuración típica para el oscilador principal en los PICs de la familia media.
Los osciladores que puede utilizar esta familia se subdividen en las siguientes categorías:
HS. Oscilador a cristal cuya frecuencia es típicamente mayor a 8 Mhz.
XT. Oscilador a cristal cuya frecuencia es típicamente menor a 8 Mhz.
LP. Oscilador basado en resonador cerámico o cuarzo de baja potencia, cuya
frecuencia está en el orden de los KHz.
RC. Este tipo de oscilador permite conectar, en lugar del tradicional cristal una
resistencia y un condensador externo al pin OSC1, para formar junto a la
circuitería integrada un oscilador de baja frecuencia muy económico pero
también muy impreciso.
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2.5. Circuito de RESET externo.
Generar un RESET al PIC significa cargar el Contador de Programas (PC) con el valor 0000h. Esto provocaque se ejecute la primera instrucción de cualquier aplicación, que es denominada Vector de RESET. Paragenerar un RESET externo es necesario llevar a cero durante un determinado tiempo el pin 1 del chip(etiquetado como (*)MCLR). La figura 3 muestra la circuitería necesaria para generar un pequeño pulso(activo en bajo) en el pin (*) MCLR.
FIG 4
Figura 3. Circuito de RESET externo.
El pin (*)MCLR se mantendrá en un nivel bajo durante el
tiempo de carga del capacitor C3.
2.6. Conexión de periféricos fundamentales a un microcontrolador.
Los leds pueden conectarse directamente utilizando una resistencia limitadora para la corriente. Para activarun led es necesario que el pin al cual se conecta sea programado como salida, escribiendo un cero en el bit delregistro TRIS correspondiente. Existen 3 modalidades de conexión:
− El led se activa con 1 en el pin (figura 4a):
FIG 4a
Figura 4a. Activaión de un led con un 1 lógico.
− El led se activa con 0 en el pin (figura 4b):
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FIG 4b
Figura 4b. Activaión de un led con un 1 lógico.
− Conexión de dos leds a un mismo pin, uno activo con 0 y otro con 1 (figura
4c):
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FIG 4c
Figura 4c. Activaión de dos leds con un mismo pin de puerto. El led1 se activa con 0 y el led2 se activa con 1.
En todos los casos anteriores la resistencia R puede calcularse suponiendo una corriente de activación para elled (I) de alrededor de 10 mA y un voltaje de activación para el led de unos 2V. Bajo estas suposiciones:
R = (Vcc − 2V) / 10 mA.
Si se aproxima el Voltaje de 1 al valor de la fuente (Vcc).
Para Vcc = 5V se tiene que:
R = 300W.
Displays de 7 segmentos de leds.
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Un display de 7 segmentos es un arreglo de leds dispuesto como se muestra en la figura 5. Los segmentos secodifican en sentido horario empleando las letras a, b hasta la g y PD (L y/o R) si los displays contienen puntodecimal.
Cada display posee un terminal común (COM) que sirve para activar o desactivar el display.
FIG 5
Figura 5. Esquema estándar para un Display de 7 segmentos.
Existen dos tecnologías de displays: cátodo común y ánodo común. En el primer caso todos los leds sonactivos con uno y el común es activo en cero. En el segundo los leds se activan con cero y el común con ununo.
Dada la cantidad de corriente que circula por un común es necesario bufferear las líneas de puerto que activanlos comunes empleando un transistor (PNP o NPN) dependiendo de la tecnología tal y como se muestra en lafigura 6.
FIG 6
Figura 6. Esquema de activación para el común de un display de 7 segmentos de tecnología cátodo común.
Tradicionalmente los displays de 7 segmentos de leds eran tratados de forma independiente, utilizando 8líneas de datos para encender cada led de cada uno.
La conexión individual de displays resulta muy engorrosa dada la cantidad de líneas que se involucran.
El empleo de un µC permite implementar el manejo de displays de 7 segmentos multiplexado. El manejomultiplexado supone que se utiliza un único bus de datos (en nuestro caso el puertoD) para enviar el dato encódigo 7 segmento a los displays. Desde el punto de vista del hardware esto significa que los segmentos de losN displays involucrados se conectan en paralelo. Cada segmento (led) debe conectarse a través de unaresistencia limitadora (de unos 220 W). Adicionalmente se necesitan líneas para manejar de manera individuallos comunes de cada display.
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El método multiplexado enciende en cada momento el display cuyo dato ha sido enviado al bus (puerto D). Lasecuencia de encendido se realiza a una frecuencia lo suficientemente alta como para provocar la sensación depersistencia de los datos.
2.7. Teclas (Push Buttom).
Las líneas que se utilicen para conectar teclas deben programarse como entradas, puesto que las teclas sonperiféricos de entrada al µC.
Para conectar teclas resulta excelente el puerto B puesto que posee resistencias de pull ups internas como yase había señalado. En la figura 7 se muestra la conexión directa de pulsantes a través de una resistencia de220W. Las teclas entregan en este caso un nivel bajo cuando son pulsadas y un nivel alto cuando están enestado abierto.
FIG 7
Figura 7. Esquema general de conexión de un pulsante tipo push buttom.
La resistencia de 220W se coloca para proteger la línea de puerto contra
cortocircuitos a tierra ante una situación indeseada como la siguiente:
Suponga que por error ud. programa los pines del puerto B como salidas (registro TRISB = 00000000) yademás escribe un 1 en la línea a la cual conectada una tecla. Si la resistencia no estuviera presente, al pulsarla tecla se conectaría a tierra la línea de puerto que en ese momento está aun voltaje alto, por lo que pudieracircular una corriente por ella lo suficientemente alta como para producir daños.
A pesar de la existencia de la resistencia limitadora de 220W, el nivel de 0 no se afecta.
2.8. Sensores inductivos
FIG 8
Los sensores inductivos de proximidad han sido diseñados para trabajar generando un campo magnético ydetectando las pérdidas de corriente de dicho campo generadas al introducirse en él los objetos de detecciónférricos y no férricos. El sensor consiste en una bobina con núcleo de ferrita, un oscilador, un sensor del nivelde disparo de la señal y un circuito de salida. Al introducir un objeto metálico en el campo, se inducencorrientes de histéresis en el objeto.
Debido a ello hay una pérdida de energía y una menor amplitud de oscilación. El circuito sensor reconoceentonces un cambio específico de amplitud y genera una señal que conmuta la salida de estado sólido a laposición ON (Encendido) y OFF (Apagado).
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La cara activa de un sensor de proximidad inductivo es la superficie por la que emerge el campoelectromagnético de alta frecuencia.
Una diana estándar es un cuadrado de acero, de 1 mm de grosor, con longitud lateral igual al diámetro de lacara activa ó 3X la distancia de conmutación nominal, el que sea mayor de los dos.
Factores de corrección del objetivo para sensores inductivos de proximidad
Para determinar la distancia de detección para otros materiales diferentes al acero templado se utilizanfactores de corrección. La composición del objeto a detectar influye en gran medida en la distancia dedetección de los sensores de proximidad inductivos.
Si se utiliza un objeto construido a base de alguno de los materiales que a continuación se listan, multipliquela distancia nominal de detección por el factor de corrección listado para determinar la distancia nominal dedetección real de dicho objeto. Tenga en cuenta que los sensores específicos de materiales férricos nodetectarán hojalata (zinc + cobre), aluminio o cobre, mientras que los sensores específicos de materiales noférricos no detectarán acero ni aleaciones férricas inoxidables.
Los factores de corrección de la citada lista pueden utilizarse como guía general. Los materiales comunes y sufactor de corrección específico aparecen listados en cada página de especificación del producto
(Rango de sensibilidad nominal) x (Factor de corrección) = Rango de detección.
Factores de corrección
Material específico
Factor de corrección aproximado
Acero templado 1.0
Acero inoxidable 0.85
Latón 0.50
Aluminio 0.45
Cobre 0.40
El tamaño y aspecto de los objetos a detectar también puede afectar a la distancia de detección. Los puntosque a continuación se exponen deben utilizarse como orientación general a la hora de hacer correcciones portamaño o forma de un objeto:
Los objetos planos son más deseables
Las formas redondeadas pueden reducir la distancia de detección
Los materiales no férricos reducen por lo general la distancia de detección en el caso de sensores para cuerposmetálicos en general
Los objetos de menor tamaño que la superficie de detección reducen usualmente la distancia de detección
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Los objetos mayores que la superficie de detección pueden incrementar la distancia de detección
Los cuerpos laminares pueden incrementar la distancia de detección
Histéresis (recorrido diferencial)
La diferencia entre los puntos de activación y relajación de un sensor se denomina histéresis o recorridodiferencial de éste. La distancia entre la posición de un objeto cuando se detecta y la posición del mismocuando deja de estarlo ha de tenerse en cuenta al elegir la posición, tanto de los objetos a detectar como delsensor.
La histéresis es necesaria para evitar fenómenos de rebote u oscilación (conmutación rápida entre estados)cuando el sensor se halla sometido a choques o vibraciones o cuando el objeto a detectar se halla estacionarioa la distancia nominal de detección (foto 4).
La amplitud de las vibraciones ha de ser menor que el recorrido de histéresis (banda de histéresis) para evitarfenómenos de rebote.
Histéresis
Dirección del movimiento
Interruptor de proximidad
Punto de conmutación al alejarse
Punto de conmutación al acercarse
Distancia de operación
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Foto 4
CAPITULO 3
DISEÑO, PROGRAMACIÓN Y CONSTRUCCIÓN DEL MEDIDOR DE RPM
3.1. Diseño tarjeta principal (fig 9)
FIG 9
3.2. Diagrama de flujo
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3.3. Programa a cargarse
__config 3939
List p=16F877 ;Tipo de procesador
include"P16F877.INC" ;Definiciones de registros internos
contador equ 0x0c ;Variable del contador
l0 equ 0x20
l1 equ 0x21
l2 equ 0x22
l3 equ 0x23
nlamp equ 0x24
wtemp equ 0x25
stat_temp equ 0x26
N equ 0x2d
M equ 0x2e
cont1 equ 0x29
cont2 equ 0x2a
cont3 equ 0x2b
fsr_temp equ 0x0d
org 0 ;Vector de Reset
goto inicio
org 4
goto IT
;*******************************************************
;BLOQUE DE SUBRUTINAS
;*******************************************************
codact addwf PCL,1
23
retlw b'00010000'
retlw b'00001000'
retlw b'00000100'
retlw b'00000010'
cod_ss addwf PCL,1 ;Desplazamiento sobre la tabla
retlw 0x3f ;"0"
retlw 6 ;"1"
retlw 0x5b ;"2"
retlw 0x4f ;"3"
retlw 0x66 ;"4"
retlw 0x6d ;"5"
retlw 0x7c ;"6"
retlw 7 ;"7"
retlw 0x7f ;"8"
retlw 0x67 ;"9"
;subrutina de DEMORA paramétrica
;antes de utilizarla deben cargarse los valores de N y M.
demora ;return
movf N,w
movwf cont1
movwf cont2
movf M,w
movwf cont3
loop decfsz cont1
goto loop
movf N,w
24
movwf cont1
decfsz cont2
goto loop
movf N,w
movwf cont2
decfsz cont3
goto loop
;fin del proceso, inicia contadores
return
;****************************************************************
;subrutina de conteo
cuenta_up incf l3
movf l3,w
sublw d'10'
btfss 3,2
return ;no incrementar el de al lado
;llego a 10
clrf l3
;procesa l3
incf l2
movf l2,w
sublw d'10'
btfss 3,2
return ;no incrementar el de al lado
;llego a 10
clrf l2
25
;procesa l2
incf l1
movf l1,w
sublw d'10'
btfss 3,2
return ;no incrementar el de al lado
;llego a 10
clrf l1
;proceso l1
incf l0
movf l0,w
sublw d'10'
btfss 3,2
return ;no incrementar el de al lado
;llego a 10
clrf l0
return
;****************************************************************
;subrutina de conteo
cuenta_dwn bsf 7,3
movf l3,w
btfss 3,2
goto dec_l3
movlw 9
movwf l3
movf l2,w
26
btfss 3,2
goto dec_l2
movlw 9
movwf l2
movf l1,w
btfss 3,2
goto dec_l1
movlw 9
movwf l1
movf l0,w
btfss 3,2
goto dec_l0
goto off
dec_l3 decf l3
return
dec_l2 decf l2
return
dec_l1 decf l1
return
dec_l0 decf l0
return
off ;0000
bcf 7,3
return
;****************************************************************
IT
27
;respaldo de registros.
movwf wtemp ;respaldo ac.
swapf 3,w
movwf stat_temp
movf 4,0
movwf fsr_temp ;respaldo el FSR
;encuesta de banderas.
btfss 0x0b,2 ;T0IF =? 0
goto back ;regresa, la IT fue errada
;****************************************************************;La interrupción es válida ycorresponde al timer 0. Comienza entonces el ;proceso de refrescamiento de las lámparas.
movlw 0x20
movwf FSR
movlw 0xff
movwf 5 ;apaga lamps (ánodo común).
;****************************************************************
;enciende la lámpara que en ese momento debe refrescarse.
movf nlamp,w
call codact ;busca cod de activación
movwf PORTA ;enc lamp correspondiente
;comf PORTA ;quitar en CASO DE CÁT COMÚN
;****************************************************************;Después de encendida lalámpara que debe refrescarse se busca el dato a ;visualizar
movf nlamp,w
addwf FSR,f ;FSR = FSR + nlamp
movf INDF,w ;mueve el contenido de la dirección a la que ;"apunta" el FSR al reg. W.
;****************************************************************
28
call cod_ss ;llama a la tabla que decodifica de BCD a 7 ;:segmentos. El dato que está en
;l0, l1, l2 y l3 (en BCD) sirve de índice para la ;tabla. El dato sale de la tabla en 7 segmentos.
;****************************************************************
movwf PORTD ;dato en 7 segm al puerto D (Bus de Datos)
;comf PORTD ;quitar en CASO DE CÁT COMÚN
;****************************************************************
;prepara para la próxima vez que se corra esta subrutina.
;La subrutina se corre cada 1ms para refrescar una lámpara.
movf nlamp,w
sublw 3
btfsc 3,2 ;¿Es la última lámpara?
goto last ;Sí, es la última lampara
;no es la última lampara
incf nlamp ;nlamp = nlamp + 1
goto back ;regresa de la subrutina de interrupción.
last clrf nlamp ;comienza nuevamente desde la primera lámpara.
;****************************************************************
;este es el bloque de salida de la subrutina de atención a interrupción primero ;deben devolverse los registrosrespaldados a su origen (Ej: fsr_temp => FSR)
back movf fsr_temp,w
movwf FSR ;restituye FSR
swapf stat_temp,w
movwf STATUS ;restituye STATUS
swapf wtemp,f
swapf wtemp,w ;restituye W sin afectar las banderas del STATUS.
;la instrucción "swapf f ", no afecta el contenido del STATUS
bcf INTCON,2 ;limpia la bandera del timer0
29
retfie ;retorno de la subrutina.
;programa principal
inicio
;****************************************************************
;CONFIGURA LOS REGISTROS DE CONTROL.
;****************************************************************
clrf PORTD ;Borra los latch de salida
;limpia buffers
clrf l0
clrf l1
clrf l2
clrf l3
bsf 7,3
bsf 3,5 ;Selecciona banco 1
clrf TRISD ;Puerta D se configura como salida
clrf TRISA ;Puerto A se configura como salida
movlw b'00011111'
movwf TRISB ;Puerta B se configura como entrada
bcf 7,3 ;rc3 salida
movlw 7
movwf ADCON1
bcf 3,5 ;Selecciona banco 0
clrf contador ;Puesta a 0 del contador
movlw b'00011111'
movwf PORTA
;inicia parámetros relativos a lamparas
30
movlw 0x20
movwf 4 ;inicia puntero de la RAM (FSR)
clrf nlamp ;inicia el contador de lámparas (nlamp) en la ;primera (l0)
bsf 3,5
;**********************************************************
;definición de parámetros para el tmr0
;pull ups habilitado.
movlw 3 ;00000011, prescaler k = 3
movwf OPTION_REG
;********************************************************** ;habilitación de la interrupción deltmr0 y las interrupciones globales ;(GIE = 1, T0IE = 1).
movlw b'10100000' ;10100000
movwf 0x0b ;int del tmr0 habilitada
bcf 3,5 ;banco 0
clrf TMR0
;carga valores de N y M para garantizar la demora deseada.
;pudiera construirse una demora múltiplo de segs para fabricar
;cronómetro.
movlw d'128'
movwf M
movlw d'36'
movwf N
; Lazo principal
again btfss 6,0
goto up
;rbo = 1, cuenta hacia abajo
btfsc 6,1
31
goto again
;contar
movf l3,w
btfss 3,2
goto count
movf l2,w
btfss 3,2
goto count
movf l1,w
btfss 3,2
goto count
movf l0,w
btfss 3,2
goto count
bcf 7,3
goto again
count call cuenta_dwn
call demora ;Elimina rebotes
goto again
up btfsc 6,1
goto again
;contar
call cuenta_up
call demora ;Elimina rebotes
goto again
end ;Fin del programa fuente
32
3.4. Descripción Funcionamiento Tarjeta Principal
A continuación se indica el destino de cada puerto del microcontrolador y su función.
El Puerto D esta destinado a la operación de los segmentos de los displays, los mismos que indica el númerode revolución realizada.
El Puerto A esta destinado a la operación de encendido de los displays, los mismos que facilitan lavisualización del valor contado
El Puerto B esta destinado para la selección de conteo ascendente o descendente en función del estado de Rb1,si el estado es 1 cuenta de forma ascendente, si el estado es 0 cuenta de forma descendente.
El Puerto C esta destinado al control del sistema de molienda en función del estado de Rc3, si el estado es 1 elsistema de molienda ON, si el estado es 0 el sistema de molienda Off (foto 5).
33
Foto 5
3.5. Fuente de Alimentación
Para la construcción de la fuente de alimentación del sistema contador de r.p.m. se realizo de la siguientemanera:
En este diseño partimos directamente de la tensión alterna de red que es 110 V. para lograr una tensiónperfectamente estable. Primeramente, como es lógico, la tensión es reducida hasta una valor manejable por untransformador. Luego, esta tensión alternada de bajo valor es rectificada por el puente de Graetz D1,obteniéndose asi una señal de onda completa.
Después la señal se filtra por medio de C1 consiguiéndose de esta forma una tensión continua no estabilizada,es decir con ripple, que es inyectada al circuito integrado 7812 con el propósito de tener una tensión reguladade 12 voltios continuos( fig 10).
FIG 10
Voltaje de ingreso Vi
FIG 11
SALIDA CONDENSADORES
34
SALIDA PUENTE DE GRAETZ
FIG 12
Representación del voltaje de Salida del puente de Graetz D1
3.6. Conexión de relés.
Usualmente la bobina de la mayoría de los relevadores posee baja impedancia y trabaja a un nivel de voltajesuperior al de alimentación del MC. Estas dos razones hacen necesaria la conexión de relés utilizandotransistores, que sirven de buffers y acopladores de nivel. En la figura se muestra el acople de un relé a unasalida digital empleando un transistor NPN. La activación del relé se produce en este caso con un 1 lógico.
FIG 13
Esquema de conexión para relé.
Calculo:
Vce(corte) = Vcc = 12V.
Vcc 12V.
Ic = −−−−−−−− = −−−−−−−−−− = 164.384 mA.
Rc 0.073K�.
Ic 164.384
Ib = −−−−−−−−− = −−−−−−−−−−−−− = 2.28 mA
� 72
Vrc3 − Vbe 5V. − 0.7V.
Rb = −−−−−−−−−−−−−−−− = −−−−−−−−−−−−−−− = 1.88K�.
Ib 2.28mA.
3.7. Conexión de sensores inductivos
35
36
FIG 14
37
FOTO 6
3.8. Prueba de Laboratorio
Se construye una maqueta del sistema de molienda la cual esta coformada por los siguientes elementos:
carrete plastico el cual representa al molino• sistema de movimentacion representado por 2 poleas y una banda• motor de 1/8 Hp•
El sistema opera eficientemente, la diferencia con el sistema original es que el motor es activado directamente,en el sistema original el motor es activado a través de un contactor.
38
FOTO 7
3.9. Instalación y Funcionamiento
Se realiza la instalación del medidor de R.P.M. para el control de molienda de esmalte (fotografía 1)
39
FOTO 8
3.10. Conclusiones y Recomendaciones
Con este tipo de control se logro obtener una pasta cerámica mucho más estable ya que el residuo de la pastacerámica se controla con mayor presicion.
Se recomienda adicionar este tipo de control a todos los molinos de la empresa con el fin de dar mayorestabilidad en la preparación de pastas y esmaltes cerámicos.
BIBLIOGRAFIA
− Boylestad Robert, Teoría de Circuitos, Editorial Prentice may, Sexta Edición 1997
− Duque , Curso Avanzado de Microcontroladores PIC, Editorial CEKIT, Edición 199836+
40
− F. Singer, Cerámica Industrial, Editorial URMO, Edición 1971
− Ing. Leonel Perez, Curso de Microcontroladores PIC, Edición 2004
− MICROCHIP, Tecnología Microchip, Edición 1999
− SACMI, Tecnología de la fabricación de Azulejos, Editorial IMPIVA, Edición 1986
46
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