Universidad Nacional de ColombiaFundamentos de electricidad y Magnetismo

Profesor: Jaime Villalobos Ph. DEstudiantes:

Julián Useche CadenaStephanie Hernández OstosAlejandro Villamizar PabónDiana Paola Ceballos García

I. Objetivos

1. Desarrollar un sensor de temperatura aplicando los conocimientos adquiridos en la asignatura.

2. Demostrar la importancia de conocer y desarrollar sensores de propiedades que permitan mantener control sobre el comportamiento de las mismas en la experimentación científica.

II. Introducción

Mediante el contacto de la epidermis con un objeto se perciben sensaciones de frío o de calor, siendo está muy caliente. Los conceptos de calor y frío son totalmente relativos y sólo se pueden establecer con la relación a un cuerpo de referencia como, por ejemplo, la mano del hombre.

Lo que se percibe con más precisión es la temperatura del objeto o, más exactamente todavía, la diferencia entre la temperatura del mismo y la de la mano que la toca. Ahora bien, aunque la sensación experimentada sea tanto más intensa cuanto más elevada sea la temperatura, se trata sólo una apreciación muy poco exacta que no puede considerarse como medida de temperatura. Para efectuar esta última se utilizan otras propiedades del calor, como la dilatación, cuyos efectos son susceptibles.

La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio, frío que puede ser medida, específicamente, con un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica.

Escalas de medición de la temperatura

Las dos escalas de temperatura de uso común son Celsius y Fahrenheit. Estas se encuentran definidas en términos de la escala Kelvin, la cual es la escala fundamental de temperatura en la ciencia.

La escala Celsius usa la unidad ‘’grado Celsius’’ (°C). Vemos que el punto triple del agua (273.16K por definición), corresponde a 0.010 °C. La escala Celsius se definió de tal manera que la temperatura a la que el hielo y el aire saturado con agua se

encuentran en equilibrio a la presión atmosférica, el llamado punto de hielo es 0.00 °C y la temperatura a la que el vapor y el agua liquida, están en equilibrio a 1 atm de presión es el llamado punto del vapor, el cual es de 100.00 °C.

La escala Fahrenheit, todavía se usa en algunos países que emplean el idioma ingles aunque usualmente no se usa en el trabajo científico.

Para la medición de la temperatura se utilizan diversos dispositivos, uno de ellos es una adaptación del Arduino, el cual es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un micro controlador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares.

El hardware consiste en una placa con un micro controlador Atmel AVR y puertos de entrada/salida. Los micro controladores más usados son el Atmega168, Atmega328, Atmega1280, ATmega8 por su sencillez y bajo coste que permiten el desarrollo de múltiples diseños. Por otro lado el software consiste en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje de programación Processing/Wiring y el cargador de arranque (boot loader) que corre en la placa.

Arduino se puede utilizar para desarrollar objetos interactivos autónomos o puede ser conectado a software del ordenador (por ejemplo:Macromedia Flash, Processing, Max/MSP, Pure Data).

Al ser open-hardware, tanto su diseño como su distribución son libre. Es decir, puede utilizarse libremente para el desarrollo de cualquier tipo de proyecto sin haber adquirido ninguna licencia.

Este dispositivo tiene diversas utilidades pues se pueden realizar mediciones de temperatura, velocidad, entre otros aplicables a la industria y el desarrollo tecnológico.

Ilustración 1 Arduino Uno

En éste proyecto, se utilizó el Arduino con el fin de realizar mediciones de temperatura y demostrar que puede ser utilizado para controlar periódicamente las propiedades en la experimentación y no sólo se aplica (como se menciona

anteriormente) a sensores de temperatura, sino la utilidad de éste dispositivo es extremadamente amplia.

Sensor de temperatura

Para realizar las mediciones fue necesario escoger el sensor con el cual se trabajó. Teniendo como parámetros de comparación el funcionamiento y la efectividad del dispositivo, se escogió el LM35.

El LM35 es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC. Puede medir temperaturas en el rango que abarca desde -55º a 150ºC. La salida es muy lineal y cada grado centígrado equivale a 10 mV en la salida.

III. Materiales:

• Arduino 1• LM35• Cables conectores Led• Computador disponible 24h

IV. Descripción experimental

El Termómetro se desarrollo basado en una plataforma de hardware libre (Arduino). Por otro lado, la comunicación con en el computador se realizo con un converso USB a Serial y el sensor de temperatura elegido fue el LM35.

1. Se debe proceder a realizar la construcción de la estación, teniendo en cuenta que las conexiones deben ser las correctas para lo cual se ilustra el circuito a continuación:

Ilustración 2 Montaje de la estación

2. Para colocar el LED, se debe tener en cuenta la polaridad del mismo pues el polo positivo se encuentra en la terminal más larga y el negativo en la más corta. Además de lo anterior, se implemento un regulador de voltaje a 5V.

3. Se debe descargar el programa de instalación del arduino, así como el programa que se ha de utilizar para la captación de los datos, en éste caso se utiliza RealTerm, el cual es un programa de terminal especialmente diseñado para capturar, controlar y depurar datos binarios o datos complejos.

4. Conectar la placa Arduino al ordenador usando el cable USB. El LED indicador de la alimentación debería quedar encendido a partir de ese momento. Cuando se conecta la placa, Windows debería iniciar la instalación de los drivers siempre y cuando anteriormente no se hayan utilizado Arduinos en el equipo.

5. En Windows Vista y Windows 7, los drivers deberían descargarse e instalarse automáticamente pero en Windows XP, se abre el diálogo de instalación de Nuevo Harware.

6. Se debe comprobar que los drivers se han instalado correctamente abriendo la carpeta del Administrador del Dispositivos, en el grupo Dispositivos del panel de control del sistema. Buscar "USB Serial Port" (o Puerto USB-Serie) en la sección de puertos; esa es la placa Arduino.

7. Abrir el programa para el Arduino y pulsar sobre el botón "Upload" en el Entorno Arduino. Esperar unos pocos segundos, luego de los cuales parpadean los led RX y TX de la placa.

8. Para obtener las mediciones se utilizó un sensor LM 35 conectado a Arduino 1 en la cual cargamos un programa que en resumen envía los datos captados en un intervalo de tiempo definido a un puerto serie del ordenador.

9. Con esto se obtendrán mediciones en un intervalo de tiempo definido (2 segundos), las cuales se guardaran en un archivo .txt ( blog de notas), y en una gráfica en Excel. Lo anterior se realizó mediante programaciones y mediante RealTerm.

Ilustración 3 Exportación de los datos a Excel

V. Conclusiones

1. Mediante el desarrollo del proyecto se puede evidenciar la aplicabilidad de los conceptos de electricidad y magnetismo en múltiples campos.

2. El medidor de temperatura es una herramienta que nos permitió integrar los conceptos aprendidos en la clase y aplicarlos a la experimentación científica.

3. Arduino es un hardware libre con un gran número de aplicaciones y un claro ejemplo de la importancia de tener los conceptos de electricidad y magnetismo claros para así poder aplicarlos correctamente.