sistema de calentamiento de agua con control electronico de temperatura a traves de un...

FEC-UNI Sistemas de Medicin Ing. Electrnica 4N1-Eo

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I-Datos del Proyecto. Nombre del Proyecto:

Sistema de calentamiento de agua con control electrnico de temperatura a travs de un microcontrolador y sensores trmicos.

Fecha de Inicio: 23/06/2014 Fecha de Finalizacin 15/08/2014 Miembros del Proyecto

Franklin Jared Miranda Garca Miguel Angel Flores Ticay Liliana Cruz Paz

II-Resumen Del Proyecto

El presente reporte versa sobre el diseo, construccin e instalacin de un sistema foto-trmico bsico para calentamiento de agua, basado en un microcontrolador y un sensor electrnico de temperatura. El adecuado funcionamiento, intenta generar en los estudiantes la actitud y capacidad para realizar investigacin, proponiendo desarrollos tecnolgicos alternativos sustentables. Un calentador de agua, como su nombre lo indica, tiene el propsito de producir agua caliente sin necesidad de la quema de sustancias combustibles y se realiza de manera programada, utilizando energa elctrica que el sistema convierte en calor.

Las ventajas econmicas de la utilizacin de este tipo de tecnologa son evidentes: el ahorro o la eliminacin del uso de hidrocarburos y combustibles, tales como gas natural, carbn y lea en la produccin de agua caliente para aplicaciones domsticas, tursticas, de esparcimiento e industriales. Este proyecto contempla el desarrollo de un prototipo a pequea escala de un calentador de agua, el cual tendr un sistema de medicin electrnico con BCD para la temperatura y nivel del agua dentro de un contenedor metlico adems estar acoplado a un sistema de alarmas con LEDs rojas, amarillas o verdes, para alertas de estado del nivel del agua almacenada en el tanque. Estas alarmas visuales, brindaran seguridad visual a este tipo de equipos para prevenir niveles y mediciones no deseados. El diseo del S.M. estar a cargo de los estudiantes Franklin Miranda, Miguel Flores y Liliana Cruz Paz Quienes aportaran la adquisicin del inventario de elementos necesarios: el prototipo de un calentador de agua a pequea escala, clculos previos, el diseo y montaje de los circuitos de medicin y advertencia, las pruebas piloto, demostracin de funcionamiento y la entrega del Informe de Resultados Final.


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Al obtener los resultados esperados este S.M. podra ser implementado en los calentadores de agua pequeos como calderines usados para esterilizacin en clnicas mdicas, veterinarias, o calefaccin de agua en los hogares de zonas heladas.

III-Descripcin del Proyecto.

2. a.1) Antecedentes

Los calentadores modernos se han convertido en una necesidad para servicios como esterilizacin de instrumentos, ropas, calzado, calentamiento de piscinas, spas, duchas, cocinas utilizando combustible fsil como gas natural para elevar la temperatura del agua. Histricamente, los calentadores de agua siempre han exigido a un nivel alto de vigilancia manual presencial para proporcionar la seguridad y cumplimiento del trabajo. Existen modelos en el mercado como Calentadores de Gas para Piscinas (la unidad oscila entre US $1000 - $1500), Calentadores Elctricos Tipo Bomba de Calor (la unidad oscila entre US $2000 - $4000), Calentadores Solares (el kit solar oscila entre US $1000 - $4000) ms su costo de instalacin que oscila entre US $150 - $750 limitada por las dimensiones del rea contenedora. Algunas de las empresas que los instalan en Nicaragua son TECNOSOL o Medical Hospital. La manera actual de pensar exige que estos costos se reduzcan y trabajen de la misma forma.

Construiremos un calentador con caractersticas a las de aquellos existentes en el mercado en la actualidad, en primer lugar, con el objetivo de desarrollar un S.M. de menor costo para obtener temperaturas comparables con las de esos productos elaborados.

En segundo lugar, nos proponemos automatizar el sistema de medicin y calentamiento con el fin de mantener dentro de un depsito trmico el agua provista por el calentador de agua dentro de rangos establecidos deseados de temperatura.

Por supuesto, otro de los objetivos de este trabajo es tambin didctico y se refiere a la intencin de generar en los estudiantes una actitud y una capacidad para realizar investigacin y proponer desarrollos tecnolgicos.

2.a.2) Justificacin

Nuestra investigacin persigue desarrollar un S.M. de componentes electrnicos de control para calentadores de agua que obtenga las mediciones de la temperatura del agua y las presente en un display BCD para aumentar la facilidad de lectura de temperaturas y de niveles de agua.


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Este proyecto lo quisimos desarrollar debido a que en el mercado nacional las empresas producen diseos similares pero a altos costos de fabricacin y de instalacin. Nosotros perseguimos reducir los costos de diseo manteniendo la utilidad y rendimiento. Trabajaremos en la aprobacin de acuerdo a las normativas locales de higiene y seguridad. Se diseara un S.M. para ser fciles de instalar y poner en marcha, adems proporcionara un funcionamiento seguro por los niveles de advertencia lumnica y lectura BCD que presentara. 2.b) Objetivos del Proyecto 2.b.1 Objetivo General

Disear un sistema de medicin de calentamiento de agua con control electrnico a travs de un micro controlador para medicin de niveles y temperatura del agua y seales luminosas de advertencia que sea fcil de instalar y poner en marcha. 2.b.2 Objetivos Especficos.

Estudiar el diseo detallado de los sistemas de calentadores de agua mediante visita de campo para el montaje del S.M. propuesto.

Disear un circuito de medicin de temperatura del agua dentro de un contenedor de agua caliente.

Disear un circuito de advertencia lumnica con LED ante aumentos o descensos en la temperatura del agua del Contenedor (normal, advertencia, peligro).

Disear el algoritmo y el Cdigo de control de seales de temperatura.

Realizar la demostracin prctica del Sistema de Medicin del calentador. 2.c) Plan de Trabajo

Iniciaremos con una visita de campo en el Hospital Alemn de Managua, para comprender detalladamente el ambiente, la ubicacin y los procesos de funcionamiento donde trabajan los calentadores de agua. Estudiaremos las dimensiones y temperaturas normales de trabajo de los componentes. Adems nos interesa conocer los niveles de voltaje y corriente de alimentacin en el ambiente real. Basado en el estudio de campo realizaremos los clculos e investigacin para adquirir los componentes que integraran los circuitos que construiremos. De esta manera aseguramos que no se quemen o se derritan ante las temperaturas de trabajo.


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Construiremos el prototipo a escala de un calentador de agua. Elaboraremos los diagramas de los circuitos que integraran el S.M. :

Disear un circuito de medicin de temperatura del Contenedor que contiene agua.

Disear un circuito de advertencia lumnica con LED ante aumentos en la temperatura del Contenedor (normal, advertencia, peligro).

Disear el algoritmo y el Cdigo de control para el microcontrolador de seales de temperatura.

Elaboracin de inventario y presupuesto de los componentes a adquirir. Adquisicin de los componentes de los circuitos. Realizar montaje de los circuitos.

Circuito de medicin de temperatura del agua dentro del Contenedor.

Circuito de advertencia lumnica con LED ante aumentos en la temperatura del Contenedor (normal, advertencia, peligro).

Construimos un calentador prototipo a pequea escala con el fin de mantener dentro de un depsito trmico el agua provista por el calentador solar dentro de rangos preestablecidos de temperatura.

Realizar el acoplaje de los circuitos en el prototipo del calentador de aguas. Realizar las pruebas piloto con el prototipo. Comprobar el funcionamiento exitoso del S.M. Realizar el Informe Final del Proyecto Realizar la Presentacin y Defensa del Proyecto.


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2.d) Cronograma de Actividades

Actividad Meses Logros Junio Julio Ago

1s 2 3 4 1 2 3 4 1 2

Visita de campo x Obtener la experiencia y el conocimiento del funcionamiento en tiempo real.

Clculos e investigacin para adquirir los componentes

x Obtener los modelos de los componentes adecuados para el funcionamiento.

Disear un circuito de medicin de temperatura del agua dentro del Contenedor

x Obtener el diseo simulado para el sistema de medicin de temperatura del agua.

Disear un circuito de advertencia lumnica con LED ante aumentos en la temperatura del Contenedor

x Acoplar un diseo simulado de seales de advertencia lumnica en tiempos determinados segn la temperatura del agua.

Elaboracin de inventario y presupuesto de los componentes a adquirir.

x Obtener el costo total de los componentes electrnicos del proyecto.

Adquisicin de los componentes de los circuitos.

x x x x Recoger dinero y conseguir todos los componentes electrnicos.

Montaje de Cktos:

Circuito de medicin de temperatura del agua dentro del Contenedor

x x Obtener el circuito de medicin de temperatura del agua mediante un instrumento de visualizacin digital

Circuito de advertencia lumnica con LED ante aumentos en la temperatura del Contenedor (normal, advertencia, peligro).

x Acoplar el sistema lumnico de advertencia al sistema de medicin de temperatura.

Realizar el acoplaje de los circuitos en el prototipo del S.M.

X Montar sobre el modelo a escala el circuito identificando la mejor posicin de colocacin y operacin.

Realizar las pruebas piloto con el prototipo.

X Conseguir los niveles de temperatura y tiempos de respuesta deseados. Completar

Comprobar el funcionamiento exitoso del S.M.

X

Realizar el Informe Final del Proyecto

x Documentar la experiencia realizada con los clculos respectivos.

Realizar la Presentacin y Defensa del Proyecto

x Exponer y demostrar el funcionamiento del S.M. proyectado.

Tabla 1. Cronograma de Actividades


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2.e) Presupuesto

Proporcione un presupuesto detallado utilizando la Tabla 2.

Tabla 2. Presupuesto del Proyecto,

Lista de Items presupuestados Total de Proyecto (C$)

Viticos Viticos Movilizacin y refrigerio para estudio de campo

250

Transporte de adquisicin de componentes 100

Costo Total de Viticos 350

TRIAC 150

Micro controlador PIC16F877A 250

Sensor LM35 40

Resistencia Variable calentador 500

Diodos (6) 18

Tarjeta perforada 100

Cautin 150 Estao 500

Extractor de estao 120

Domo Calentador (producto sustituto) 140

Optoacoplador MOC3051 50

Rele 12VDC-30Ah 250

Resistencias de 470 Ohm (1) 10



Resistencia de 10 Ohm (1) 10

Resistor 1k (1) 10

Resistor 10k (7) 70

Led de diferentes colores (5) 50

Pulsador 4

Capacitor 100nF (1) 6

Capacitor 22pF (2) 12

Capacitor de 47 F//25Vdc 10

Sondas detectoras de nivel de agua 200

Puente de diodos onda completa 30 LCD LM016L 250

Oscilador Cristal 4 Mhz 20

Boya 200

LM78L05 15

Motor AC Prestado

Costo Total de Componentes 2135

Equipos Multmetro 0

Ociloscopio 0

Programador 0

Costo Total de Equipos 0

Costos Varios Honorario de Asesor Programador 100

Quemada en el PIC 50

Costo Total de Varios 150

Costo Total del Proyecto 2635 Nota: La inversin real seria aproximadamente a un 50% ya que se cuenta actualmente con el 50% de los

materiales.


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IV-Bibliografa. [1] Angulo Usategui J. M. (2003). Microcontroladores PIC, diseo prctico de aplicaciones, Vol. I y II. Mc Graw Hill, 3. Ed. [2] Barragn L. y Mndez J. (1998). Calentamiento solar de agua. Harla Ediciones. [3] Bernard R., Menguy G. (1982). La radiacin solar, conversin trmica y aplicaciones. Pars: Ed. Lavoisier. [4] Gordan F. (1981). Solar Heating Systems. Mxico: Mc Graw Hill. [5] Lpez Campos, C. E. (1991). Fsica de la Energa Solar . Mxico: Universidad Autnoma de Chapingo y Talleres Grficos de la Nacin. [6] Dunuoy, L. (1988). Le ingenierie des systmes solaires. , UPH. [7] Koshkin, S. Manual de Fsica. Editorial Mir. [8] http://www.aquasystems.com.mx/Calentadores.htm [9] http://www.aquatica.com.mx/solar/ [10] http://integra.arq.tripod.com/solar.htm [11] http://saecsaenergiasolar.com [12] http://www.sistema-energia-solar.com/ph/ph-faq/ph-faq.htm

Anexos.

Figura 1. Sistema de control automtico de temperatura propuesto.

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