Sensor. Amplificador de señal.

Calibración.

Comparación Lógica de control

Electrónica de potencia

Visualización.

Circuito simplificado en un control de temperatura.

(De bajo costo)

I.R.I. Osiel Rendón Picaseño.

Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de los Cabos

Área de investigación “Reciclado de PET”

E-mail recicla.pet@live.com.mx

Introducción.

En el proceso d investigación será necesario mantener el control de temperatura para determinar los femémonos en el PET en búsqueda de poder manipularlo.

El control de temperatura existe ene l mercado con características que van desde simple visualizador, hasta procesos lógicos de PID.

Este control busca reducir costos en la investigación. Ofreciendo exactamente lo que se requiere que es el control mínimo y máximo de temperatura utilizando termoresistencias.

Teoría de funcionamiento.

En el siguiente diagrama se puede desarrollar las etapas para la captura de la temperatura, la adapatacion de la señal por medio de amplificadores operacionales, un bloque de comparacion donde se evalua el nivel maximo y minimo de control, la logica de control es la encargada de mantener un enclave para responder en un rango determinado de temperatura.

En la última etapa se integra la electrónica de potencia conmutando de un voltaje de control (5V,12V CD) a un voltaje de operación 110V CA.

En el mercado existen modelos de control de procesos en donde además se incluye un display con el fin de visualizar la medición en el de manera continua. El circuito no presentara un sistema de visualización de datos ya que este no es requerido.

Los elementos de calibración de este instrumento están incluidos en el proceso de la amplificación y comparación de la señal, aunque en los modelos comerciales estos se encuentran incluidos en un solo (microcontrolador).

Transductor.

Es sensor o transductor tiene la función de transformar una energía en otra. Para efectos de pruebas y diseño se ha requerido de un transductor de temperatura denominado LM35.

Por medio del transductor se realiza la transformación la energía térmica en energía eléctrica.

El LM35 tiene un rango de operación que va de los −55° a +150°C. Su comportamiento lineal facilita su manejo.

Es necesario mencionar que en una primera etapa se intentara trabajar con temperaturas por debajo de los 150°C ya para efectos de operación se deberá utilizar otro transductor cuyo rango de trabajo se encuentre entre los 0-350°C. (Para completar información técnica ver anexo)

Amplificador operacional.

El uso del amplificador operacional LM358N, cubre las necesidades de estabilidad, economía y velocidad de respuesta para el control de temperatura. (ver hoja técnica anexa)

El por la gran versatilidad de respuestas a una señal de entrada con respecto al tipo de configuración del amplificador operacional (Amp Op), en este circuito de control simplifica operaciones de acondicionamiento de señal que se volverían voluminosas y complejas con uso de transistores. (Ver anexo)

Se aplican tres configuraciones del amplificador operacional.

1. Amp Op como amplificador no inversor.

2. Amp Op como comparador.

3. Disparador para TTL.

Lógica de control.

La lógica de control se lleva por medio de un arreglo de compuertas lógicas.

El objetivo es mantener una señal encendida (señal a la electrónica de potencia) lo que conlleva a energizar las termoresistencias.

Una vez logrado el nivel máximo de temperatura estas se desactivaran y mantendrán el estado (desactivado) hasta que la temperatura descienda por debajo del nivel de temperatura mínimo, cambiando de estado a activado y con ello energizando nuevamente las termoresistencias.

Si bien esta etapa está construida con compuertas lógicas también puede ser substituido con un microcontrolador del tipo PIC. (Propuesta que deberá evaluarse ya que se requieren más equipos y recursos técnicos para su programación).

Electrónica de potencia.

Este circuito persigue el uso de Tiristores específicamente aquellos del tipo TRIAC, por el momento ya que estos presentan ventajas económicas y de espacio, así como de construcción física y tiempo de vida útil, en comparación con los relevadores electromecánicos. El circuito manejara temporalmente relevadores.

Metodología de análisis integración y desarrollo del circuito simplificado en un control de temperatura.

Acondicionamiento de la señal.

El CI LM35 con sus características de linealidad y de poder trabajar en rangos de tempreatura de -55 a 150°C presenta la característica de entregar 10 mV por cada °C. Esto quiere decir; que a temperaturas de 75° el transductor entregara 75mV a su salida. La etapa de lógica de control se compone de compuertas TTL cuyo nivel mínimo de activación es de 3V. Lo cual imposibilita trabajar con el LM35 directametne a la etapa de lógica de control.

Para lograr solucionar esta disparidad, hacemos uso del LM358N en configuración de amplificador no inversor.

Los rangos de temperatura de diseño en condiciones de experimentación y observación fluctuaron entre 20°C (temperatura ambiente) y los 150°C ( 20mV -1.50V), apara activar el valor mínimo y tener un rango de manejabilidad de la histéresis (calibración) se tomo en menor valor y se llevo a un rango de 2 V.

Relacióndeamplificacion= Al voltaje deseadode salidaVoltaje de entrada

= 2V0.20V

=10

Si V Out=R1+R2R1

V ¿ y R1= 1KΩ entonces: R2=9 KΩ. Siendo ajustable esta salida por medio de

potenciometro en R2.

Una vez calculado la relacion de realizo el modelado del ciruito en Multisim:

U1A

LM358N

3

2

4

8

1

pos

0

C11.0uF

R15M_LINKey = A

50%

R3

1.0k

0

v5R6

1.0k

3

0

R5

9.1

1

2

El siguiente esquema presenta el arreglo del Amp Op para un comparador de 0 a 12V

U1A

LM358N

3

2

4

8

1

U2A

LM358N

3

2

4

8

1

V16 V

0

pos

V210 V

pos2

0

R1

10K_LINKey = S

50%

R2

10K_LINKey = A

50%

R3

10K_LINKey = D

50%

0

pos2

pos2

0

pos

0

pos2

pos2

0

0R4

1.00KR5

1.00K

0

1

2

LED1

LED2

4

6

7

8

3

V: 10.0 uV V(p-p): 0 V V(rms): 0 V V(dc): 10.0 uV I: 0 A I(p-p): 0 A I(rms): 0 A I(dc): 0 A Freq.: 10.5 kHz

V: 5.50 V V(p-p): 190 uV V(rms): 0 V V(dc): 5.50 V I: 5.50 pA I(p-p): 0 A I(rms): 0 A I(dc): 5.50 pA Freq.: --E--

V: 5.70 V V(p-p): V(rms): V(dc): I: -36.9 pA I(p-p): 78.1 nA I(rms): 60.7 nA I(dc): -48.8 nA Freq.: 2.73 kHz

Diagrama de control logico.

U3A

7432N

U5B

7408N

LED3

U4B

7408N

9

5

U6A

7404N

6

1011

Diagrama integrado. Se utiliza un recurso externo para la simulacion en tiempo real del sensor de temperatura:

U1A

LM358N

3

2

4

8

1

U2A

LM358N

3

2

4

8

1

V112 V

0

pos

V210 V

pos2

0

R1

10K_LINKey = S

50%

R2

10K_LINKey = A

50%

0

pos2

pos2

0

pos2

pos2

0

0R4

1.00KR5

1.00K

0

XSC1

Tektronix

1 2 3 4 T

G

P

1

LED1

LED2 7

3

U3A

7432N

U5B

7408N

R6

1.0k

LED3

17

0

4

14

U4B

7408N

9

5

U6A

7404N

6

U7

Total Volume:

Flow:

Current Volume:

Set Point:

100.00

100.00

0.00

0.00 0%0.00

Empty

Target:Sensor:

Pump CntrlFwd Rev

SP

Stop

2

1011

V: V(p-p): V(rms): V(dc): I: I(p-p): I(rms): I(dc): Freq.: --E--

V: V(p-p): V(rms): V(dc): I: I(p-p): I(rms): I(dc): Freq.: --E--

V: V(p-p): V(rms): V(dc): I: I(p-p): I(rms): I(dc): Freq.: --E--

V: V(p-p): V(rms): V(dc): I: I(p-p): I(rms): I(dc): Freq.: --E--

Prototipo generado.

Amplificador

Comparador

Control lógico

Conclusión

El control de temperatura tiene un costo que no supera los $500 en comparación de los controladores en el mercado de $2500 lo que significa un ahorro del 80%. Ahorro proyectado en diez unidades $20’000. Costo de inversión aproximado $5000

Es de hacer notar que las características del circuito satisfacen momentáneamente los objetivos de control de temperatura para las pruebas, y observaciones posteriores.

Es necesaria la fabricación de por lo menos 10 controles con estas características y sus elementos de mejora.

Puede implementarse un panel para visualizar la medición en tiempo real, pero esto incrementaría su costo en 200%.