NOMBRE DEL PROYECTO:Sistema de llenado de recipientes automatizado

CARRERA:Ingeniería en Sistemas Computacionales

NOMBRE DEL ALUMNO:Aguilar López Alejandro 12700163Aranda Villatoro Manuel Alejandro 12700167Gómez García Mijaíl 12700172Rodríguez Roblero Darinel 12700194

COMITÁN DE DOMÍNGUEZ, CHIAPAS. A 05 DE JUNIO DEL 2015.

Introducción

La automatización de un sistema donde se transfieren tareas de producción, que normalmente son realizadas por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos y que son utilizadas con el fin de aumentar la calidad de los productos, suprimir trabajos forzosos e incrementa la seguridad.

El proceso de embotellar productos bebibles ha marcado a las industrias debido a él gran consumo en masa del mercado, los fabricantes necesitan instalaciones que garanticen en su totalidad la eficiencia de su producción y unos costes estables. Una máquina de llenado no es en absoluto una unidad independiente sino parte de un sistema de componentes engranados que tienen que estar exactamente armonizados entre sí.  En calidad de núcleo central de las líneas de llenado y confección, las Llenadoras tienen un gran impacto en la capacidad y el potencial productivo y económico de la empresa que las utiliza.

Objetivo

Automatizar el proceso de llenado de recipientes controlando el flujo de líquidos a través de herramientas digitales de precisión que permitan al usuario del sistema optimizar recursos.

Objetivos específicos

Mejorar los tiempos de llenado de los sistemas tradicionales. Disminuir costos de herramientas Implementar el sistema de llenado en diferentes ámbitos (gaseosas, licor,

pastas, etc.)

Índice

1.- Teoría General de control automático……………….1

2.- Proceso de llenado de recipientes………………….. 4

3.- Arduino (generalidades Historia)……………………. 6

4.- Sensores y Actuadores………………………………. 8

5.- Sensor YFS202……………………………………….. 10

6.- Solenoide válvula………………………………………13

7.- Servomotores…………………………………………..14

8.- Sensor de proximidad (LM393)………………………15

9.- Processing…………………..………………………….16

10.- Interconexión Arduino – Processing………………..17

11.- Conclusiones………………………………………… 19

12.- Bibliografías.

1.- Teoría General de control automático

os controles automáticos tienen una intervención cada vez más importante en la vida cotidiana para la ingeniería y la ciencia, estos sistemas dinámicos

aportan una base en la solución de problemas industriales, sistemas de pilotaje de aviones y hasta un simple tostador.

L

Controlar consiste en seleccionar, de un conjunto específico o arbitrario de elementos (o parámetros, configuraciones, funciones, etc.), aquellos que aplicados a un sistema fijo, hagan que este se comporte de una manera predeterminada. [1].

Elementos de los sistemas de controlEl objeto de un sistema de control automático es mantener bajo control (de allí que se denominan variables controladas) una o más salidas del proceso. Se utiliza la palabra proceso en un sentido muy general, entendiendo que el mismo es el conjunto de fenómenos físicos que determinan la producción de las variables controladas.

Desde el punto de vista matemático, el proceso quedará representado por un conjunto de relaciones fundamentales, a través de las cuales las variables controladas quedan puestas en función de dos tipos de variables independientes:

1.  Variables aleatorias2.  Variables manipuladas

Variables aleatoriasLas variables aleatorias son aquellas variables que escapan a cualquier control o posibilidad de manipulación, es decir, que adoptan valores que pueden variar al azar dentro de ciertos límites prácticos, constituyen perturbaciones, pues una vez obtenidos los valores deseados en las variables controladas, se tiende a apartarlas de los mismos.

Variables manipuladasSi al proceso ingresaran solamente las variables aleatorias, no se dispondría ningún grado de control sobre el mismo y el valor de las variables controladas sería, también, aleatorio. Para poder introducir cualquier grado de control, se deberá disponer de variables sobre cuyos valores sea posible operar; de allí que se denominen variables manipuladas. Son precisamente estas variables las que permiten gobernar el sistema, y su característica esencial es que pueden ser

1

manejadas a voluntad dentro de ciertos límites. El problema de controlar el proceso consiste en eliminar los efectos de las perturbaciones producidas por la variación de las variables aleatorias, mediante la introducción de variaciones compensatorias en las variables manipuladas.

ControladorLa parte del sistema que sintetiza las variables manipuladas es el controlador, contiene el programa necesario para introducir las variaciones en las variables manipuladas, a fin de obtener el comportamiento deseado de las variables controladas. Para ello el controlador puede disponer de distintos tipos de información:

1.  Referencia2.  Precompensación3.  Realimentación

Valores de referenciaEstos valores, que pueden ser constantes o variables en el tiempo, representan el comportamiento deseado en las variables controladas, por eso se les suele denominar también valores deseados o valores de comando. Si el sistema tuviera un grado de control perfecto, idealmente los valores de las variables controladas deberían ajustarse en todo momento a los valores de referencia.

En el caso del control manual, las funciones asignadas al controlador en un sistema automático los valores de referencia están presentes en las intenciones del operador, y constituyen su idea acerca de los resultados deseables del proceso. Ante la presencia de una perturbación (modificación de una variable aleatoria) el controlador debe iniciar una acción correctiva trabajando con las variables manipuladas, a fin de eliminar el efecto de la perturbación sobre las variables controladas. Para cumplir esa función, se dispone de dos técnicas completamente distintas en su enfoque, aunque compatibles entre sí, diferenciándose en la información relativa a las variables aleatorias y a las variables controladas.

1.  Precompensación2.  Realimentación

El estudio de los controles automáticos es impórtate debido a que proporciona una compresión básica de todos los sistemas dinámicos, así como apreciación y utilización de las leyes fundamentales de la naturaleza. Debemos tener en cuenta

2

que existen 2 tipos de sistemas de control en diferentes lazos de tipo abierto y cerrado.

Controles de lazo abierto y de lazo cerradoLas dos técnicas básicas de control, es decir, el ingreso al controlador de las variables aleatorias y de las variables controladas, dan lugar, respectivamente, a los sistemas de lazo abierto y de lazo cerrado. La distinción entre ambos tipos de sistemas se basa en la existencia o ausencia de un camino de realimentación mediante el cual las variables controladas ingresen al controlador; si existe este camino, el sistema será de lazo cerrado; en caso contrario; será de lazo abierto. (Figura 1)

Los sistemas de control de lazo abierto especifica que la salida no tiene un efecto de control, es decir que la variable de salida no se mide ni se realimenta para compararla con la de entrada. Para cualquier sistema de control que opere con una base de tiempo esta corresponde a un sistema de control de lazo abierto.

La exactitud dependerá de la calibración del sistema, la calibración significa que deberá establecer cierta relación entre las variables de entrada y salida con la finalidad de obtener datos con cierta precisión. El costo de este tipo de sistemas es económico aunque tiene como desventajas la sensibilidad a las perturbaciones, de modo contrario este funcionara correctamente. Debido a la simplicidad y economía hace que los sistemas de lazo abierto sean confiables mismas que cumplen una función útil.

En los sistemas de lazo cerrado las señales controladas deberán ser retroalimentadas para así compararlas con los valores de la entrada, misma que envía una señal actuante para disminuir los errores y corregir la salida final. (Figura 2) [2]

2.-

Proceso de llenado de recipientes

3

Figura 1 Diagrama de sistemas de lazo abierto.

Figura 2 Diagrama de sistemas de lazo cerrado

En su función más literal, el proceso de llenado consiste en la función de confeccionar envases de productos líquidos como bebidas y agua, afirma la empresa OCME.

El llenado de los envases es ocasionado por la transferencia del líquido desde el tanque principal contenedor hacia la botella. (Figura 3) La exactitud dependerá de una tecnología de llenado para determinar el volumen correcto de producto, para ello se visualizan 3 categorías de sistemas de llenado automático:

Llenadoras de nivel, llenadoras volumétricas y llenadoras ponderales.

Llenadoras de Nivel: Tradicionales y de aplicación común, en este tipo de llenadoras el nivel queda determinado por la longitud de la cánula que se introduce en la botella durante la fase de llenado.

Llenadoras volumétricas: Este tipo de llenadora hace medida del volumen de producto que entra en la botella mediante un sensor de caudal (sensor de tipo magnético o de caudal másico) que se encuentra situado en cada boca de llenado. También conocidas como “llenadoras electrónicas”.

Llenadoras ponderales: El llenador debe establecer el peso del producto que entra en la botella, al calibrar el sensor una celda de carga las válvulas de llenado que cumple la función programada. Se consideran llenadoras electrónicas por excelencia. [3]

A finales de 1970 se fomenta la idea de consumir agua embotellada, como fin de obtener minerales adicionales al cuerpo humano, este sector se expande fácilmente hasta los años 90’s. Se observa el aumento de la demanda de agua embotellada en el mercado, así mismo también es necesario exigir una mejor atención al proceso de producción de agua embotellada. Los procesos se dividen en tres fases:

a).- Proceso de purificación del agua.

La finalidad de este proceso consiste en la eliminación de los posibles elementos extraños que causan contaminación en el agua, y hacen un producto no apto para el consumo de la humanidad. Para ello el agua debe ser tratada bajo el siguiente orden:

4

1.- almacenamiento 2.- filtro de arena3.- filtro de carbón activado4.- filtro pulidor5.- luz ultravioleta6.- ozonizador

El ciclo se inicia en el elemento de Almacenamiento el mismo que puede ser una Cisterna o un Tanque donde el agua es tratada con Hipoclorito de Sodio en concentraciones de 3 a 4 ppm; ésta cloración impide la formación de microorganismos en el agua almacenada; en ésta etapa el agua debe permanecer mínimo 2 horas. Luego, mediante el uso de bombas el agua pasa a Filtros de Arena y Grava en los que se detienen los sólidos en suspensión o partículas más grandes; el agua filtrada es ahora obligada a pasar por un Filtro de Carbón Activado el cual elimina los olores y sabores presentes en el agua producidos por la materia orgánica y el cloro presente. En estas condiciones el agua es conducida a los Filtros Pulidores que son elementos de cartuchos sintéticos con micro perforaciones que retienen cualquier partícula de carbón presente en el agua. (Figura 4)

El siguiente paso consiste en hacer pasar el agua a través de una Lámpara Ultravioleta que inhibe la capacidad de reproducción de las bacterias que pudiera haber en los procesos anteriores, quedando el agua totalmente pura.

Finalmente para mantener el agua en su estado de pureza e impedir la formación de microorganismos contaminantes se aplica al agua una fuente de Ozono es decir, el agua ingresa a un tanque mezclador en la que también se inyecta O3 el cual tiene propiedades bactericidas, la misma que ayuda a que el agua continúe pura hasta su paso por un Tanque Pulmón justo antes de entrar a la Llenadora y comenzar el proceso de embotellado.

5

Figura 3 flujos de cloración y llenado de agua

Figura 4 simulaciones de sistema de llenado

b).- Proceso de embotellado.Independiente del proceso de filtrado se requiere que la botella sea etiquetada y tratada antes de completar el proceso de embotellado.Este proceso está determinado por los siguientes elementos:

1.- Enjuagadora2.- Llenadora3.- Tapadora roscadora

Los Envases que llegan de los proveedores son desempacados y enfajillados o etiquetados cerca de la Enjuagadora. Al pasar los envases a través de la enjuagadora se garantiza su limpieza antes de entrar a la llenadora.

Paralela a la etapa de enjuagado de los envases el embotellado continua cuando el agua purificada es bombeada y alimentada al tanque de la Llenadora; equipo en el cual ingresan los envases previamente limpios a través de un transportador. Una vez ubicados los envases bajo la válvula de llenado respectiva, ésta se abre y el envase es llenado hasta una medida predeterminada. Luego el envase lleno sigue su camino a la Taponadora Roscadora de manera tal, que una tapa es colocada en la boca del envase para evitar que este se derrame o que ingresen elementos contaminantes que resten la pureza del agua. La tapa colocada es ajustada, consiguiéndose un sellado hermético y en esta condición el producto pasa a ser embalado.

Los procesos anteriores se llevan a cabo controlando el tiempo en producción que se distinguen en 3 etapas; baja, media y alta producción dependiendo el mercado, justo después de cubrir los gastos administrativos y de operación, la producción debe ser controlada conforme a la demanda de venta de dicho producto.[4]

3.- Arduino

Arduino es una herramienta para hacer que los ordenadores puedan sentir y controlar el mundo físico a través de tu ordenador personal. Es una plataforma de desarrollo de computación física (physical computing) de código abierto, basada en una placa con un sencillo microcontrolador y un entorno de desarrollo para crear software (programas) para la placa. [5]

6

Las placas Arduino pueden medir valores ambientales al recibir información de variedad de sensores y afectar sus alrededores controlando luces, motores y otros actuadoresLas tarjetas pueden ser fabricadas caseramente o comprar una tarjeta pre- ensamblada y probada, el software puede ser descargado gratuitamente. Los diseños de referencia están disponibles bajo una licencia de código abierto, así que cualquiera es libre de adaptar el diseño a sus necesidades.

Arduino tiene la ventaja que no necesita ningún tipo de tarjeta de programación como pasa con los microcontroladores sino que la misma placa se conecta vía serial a la computadora usando un cable USB y se pueden cargar los programas totalmente en vivo, sin riesgo de dañar la tarjeta debido a su protección adicional.

El código es sumamente amigable y posee su propio lenguaje de alto nivel llamado Processing, además contiene las más grandes librerías para prácticamente cualquier componente externo que se le quiera acoplar (hablaremos de esto en la siguiente sección de Shield y complementos) haciendo innecesario aprenderse el datasheet del componente y desarrollar el software necesario para adquirir los valores de un sensor de temperatura digital por ejemplo, estamos 99.9% seguros que ya existe una librería con funciones predefinidas para el uso óptimos de los periféricos, si bien es súper necesario saber cómo funcionan por cuestiones de ingeniería y resolución de problemas, el no reinventar la rueda es esencial.

Varias librerías con las que cuenta Arduino:

EEPROM: librería con funciones de escritura y lectura de la memoria EEPROM del dispositivo

Ethernet: librería para el uso de este protocolo en presencia del Shield Arduino Ethernet.

GSM: librería para la transmisión/recepción y procesamiento de GSM. Servo: librería exclusiva para el uso de servo motores, muy útil en robótica. Wi-fi: librería para el uso del Shield de Wi-fi.

Si en algo se diferencia Arduino de otras plataformas de desarrollo, es la multitud de placas con distintas prestaciones que ofrecen al mercado. Dependiendo de las necesidades del desarrollador se optarán por placas diferentes que poseen atributos variables de memoria, capacidad, cantidad de puertos I/O, microcontrolador entre otros. [6]

7

4.- Sensores y Actuadores

Un sensor es cualquier dispositivo que detecta una determinada acción externa. Los sensores existen desde siempre, y nunca mejor dicho, porque el hombre los tiene incluidos en su cuerpo y de diferentes tipos. [Anexo 1]

El hombre experimenta sensaciones como calor o frío, duro o blando, fuerte o flojo, agradable o desagradable, pesado o no. Y poco a poco le ha ido añadiendo adjetivos a estas sensaciones para cuantificarlas como frígido, fresco, tibio, templado, caliente, tórrido. Es decir, que día a día ha ido necesitando el empleo de magnitudes medibles más exactas.Los sensores electrónicos han ayudado no solo a medir con mayor exactitud las magnitudes, sino a poder operar con dichas medidas. Pero no se puede hablar de los sensores sin sus acondicionadores de señal, ya normalmente los sensores ofrecen una variación de señal muy pequeña y es muy importante equilibrar las características del sensor con las del circuito que le permite medir, acondicionar, procesar y actuar con dichas medidas. [7]Existe una gran cantidad de sensores en el mercado, para poder medir magnitudes físicas, de los que se pueden enumerar los siguientes:

Temperatura Humedad Presión Posición Movimiento Caudal Luz Imagen Corriente Conductividad Resistividad Biométricos Acústicos Aceleración Velocidad Inclinación Químicos

En general se habla de sensores, pero se pueden distinguir las siguientes definiciones:

Sensor: Es un dispositivo que recibe una señal o estímulo y responde con una señal eléctrica. Además los sensores pueden ser activos o pasivos.

8

Sensor activo: Es un sensor que requiere una fuente externa de excitación como las RTD o células de carga.Sensor pasivo: Es un sensor que no requiere una fuente externa de excitación como los termómetros o fotorresistencias.

Transductor: Es un convertidor de un tipo de energía a otra.Transductores son circuitos que transforman una magnitud física en una señal eléctrica. Se pueden clasificar en dos grupos: Activos y pasivos. Son transductores activos los que hay que conectar a una fuente externa de energía eléctrica para que puedan responder a la magnitud física a medir como por ejemplo las fotorresistencias y termoresistencias, y son pasivos los que directamente dan una señal eléctrica como respuesta a la magnitud física como los fotodiodos y las sondas de pH. Se denomina función de transferencia de un transductor a la relación matemática entre la magnitud física y la respuesta eléctrica. Dicha función puede ser de diferentes tipos. Una función de transferencia lineal tiene por expresión S = a + bs donde S es la señal eléctrica, a y b son constantes y s es la señal física específica de cada transductor. Las funciones de transferencias no lineales pueden ser también de diferentes tipos: logarítmicas, como S = a + b Lns; exponenciales, como S = aebs; polinómicas como S = a + b s + c s2 + d s3 +…, etc... [Anexo 1]

Sensores de Efecto HallEl fenómeno Efecto Hall fue descubierto por E.H. mayo en 1879. Si una corriente fluye en un conductor (o semiconductor) y se le aplica un campo magnético perpendicular a dicha corriente, entonces la combinación de corriente y campo magnético genera un voltaje perpendicular a ambos. Este fenómeno se denomina Efecto Hall. VH es una función de la densidad de corriente, el campo magnético, y la densidad de carga y movilidad portadora del conductor.El efecto Hall se usa para hacer sensores de movimiento, particularmente en aplicaciones de posición y medición. El Sensor YF-S201 es fácil de conectar, con él se puede calcular el flujo de líquido o agua para refrigeración del ordenador o proyectos de jardinería e incluso llenado de recipientes. [8]

9

5.- Sensor YFS202

El YF-S201 es un sensor de flujo de construcción sólida  el cual está constituido por un cuerpo de plástico, un rotor de agua, y un sensor de efecto Hall. El diseño y el funcionamiento de este tipo de sensores son simples. Utiliza un sensor con aspas o álabes  para medir la cantidad de líquido que se ha movido a través de él. El molino de viento tiene un pequeño imán atado y hay un sensor magnético de efecto Hall en el otro lado del tubo que registra cada vuelta del molino de viento, esto genera impulsos de salida a una velocidad proporcional a la velocidad de flujo. La flecha indica la dirección del flujo. Es decir, que el sentido en que pasa el agua  debe ser de izquierda a derecha. Al contar los pulsos de la salida del sensor, puede seguir fácilmente el movimiento del fluido: cada pulso es de aproximadamente 2,25 mililitros. Tenga en cuenta que esto no es un sensor de precisión, y la frecuencia del pulso varía un poco dependiendo de la velocidad de flujo, la presión del fluido y la orientación del sensor. Se necesitará una cuidadosa calibración si se requiere más que un 10% de precisión. Sin embargo, es un producto muy bueno en tareas básicas.Este sensor es  ideal para su uso en sistemas de conservación de agua, tanques de almacenamiento, aplicaciones domésticas de reciclaje de agua, sistemas de riego y mucho más. La salida se puede conectar fácilmente a un microcontrolador para el control de consumo de agua y el cálculo de la cantidad de agua que queda en un tanque etc. El YF-S201 es adecuado para un tubo estándar de ½”y se puede insertar fácilmente en un sistema de tuberías estándar. (Figura 5) [9]Características:

Modelo: YF-S201 Tipo de Sensor: de efecto Hall Tensión de trabajo: 5 a 18 V DC (min Funcionamiento probado 4.5V voltaje) Max consumo de corriente: 15 mA @ 5V Tipo de salida: 5V TTL Trabajo Caudal: 1 a 30 litros / minuto Temperatura de funcionamiento: -25 a + 80 ℃ Humedad de trabajo Rango: 35% -80% de humedad relativa

10

Figura 5 Diagrama del sensor YF-S202

Precisión: ± 10% Presión máxima del agua: 2,0 MPa Ciclo de trabajo de la salida: 50% + -10% Tiempo de subida de la salida: 0.04us Tiempo de caída de salida: 0.18us Flujo características del pulso índice: Frecuencia (Hz) = 7.5 * Caudal (l /

min) Pulsos por litro: 450 Durabilidad: mínimo 300.000 ciclos Longitud del cable: 15cm 1/2 "Conexiones nominales de tubería, 0,78" de diámetro exterior, 1/2 "de

hilo Tamaño: 2.5 "x 1.4" x 1.4 "

Detalles de conexión:

Red de cable: + 5V Negro alambre: GND Amarillo alambre: salida PWM.

Durante el uso del sensor hay que tener cuidado de no exponer el sensor a golpes fuertes o utilizarlo para medir líquidos corrosivos este sensor está más enfocado a la medición de líquidos como agua a una temperatura menor de 120°C. Para su montaje el sensor debe estar preferentemente  perpendicular al suelo con un ángulo de inclinación de menos de 5 grados. (Figura 6)

11

Figura 6 Fotografía de sensor YF-S202

6.-Solenoide válvulaUna válvula solenoide es una válvula eléctrica utilizada para controlar el paso de gas (sistemas neumáticos) o fluidos (sistemas hidráulicos). La apertura o cierre de la válvula se basa en impulsos electromagnéticos de un solenoide (un electroimán) que trabaja junto a un muelle diseñado para devolver a la válvula a su posición neutral cuándo el solenoide se desactiva. Este tipo de válvulas se suelen utilizar en sitios de difícil acceso, en sistemas multi-válvula y en sitios de ambiente peligroso. Las válvulas solenoides ofrecen funciones de apertura o cierre total y no se pueden utilizar para la regulación del flujo de gas o fluido. Existen válvulas solenoides que pueden trabajar con corriente alterna (AC) o con corriente continua (DC) y utilizar diferentes voltajes y duraciones de ciclo de funcionamiento. [10]

Los solenoides son muy útiles para realizar acciones a distancia sobre válvulas de control de gas y fluidos. Un solenoide es una bobina de material conductor cuyo funcionamiento se basa en campos electromagnéticos. Al pasar una corriente eléctrica a través de la bobina, se genera un campo electromagnético de cierta intensidad en el interior. Un émbolo fabricado de metal ferroso es atraído por la fuerza magnética hacia el centro de la bobina, lo que proporciona el movimiento necesario para accionar la válvula. La válvula se puede abrir o cerrar, no hay término medio, por lo que no se puede utilizar este sistema para regulación de flujos.

Una vez que se activa el solenoide, la válvula se mantendrá abierta o cerrada, dependiendo del diseño, hasta que se corte la corriente eléctrica y desparezca el campo electromagnético del solenoide. En este momento, un muelle o resorte empuja el émbolo de nuevo hacia su posición original cambiando el estado de la válvula. El hecho de que no se necesite manipulación física directa hace que las válvulas solenoides sean la mejor solución para controlar la entrada o salida de fluidos y gases en sitios de difícil acceso o dónde el entorno puede ser peligroso,

12

Figura 7 Diagrama del solenoide válvula

Figura 8 Fotografía de solenoide válvula

como en sitios a altas temperaturas o con productos químicos peligrosos. Además, las bobinas del solenoide se puede cubrir con material ignífugo para hacerlas más seguras para ambientes peligrosos.

Una válvula de solenoide eléctrico sólo puede funcionar como dispositivo on/off y no puede ser utilizado para abrir o cerrar la válvula gradualmente en aplicaciones dónde se requiera una regulación más precisa del flujo. En función del uso que se le va a dar a la válvula, se pueden utilizar bobinas capaces de trabajar de forma continua o en ciclos de duración determinada; siendo las de trabajo continuo normalmente más caras. Existen válvulas de solenoide aptas para su uso con corriente alterna, de 24 a 600 voltios, o para su uso con corriente continua, de 12 a 24 voltios. (Figura 8)

7.- ServomotoresUn Servo es un dispositivo pequeño que tiene un eje de rendimiento controlado. Este puede ser llevado a posiciones angulares específicas al enviar una señal codificada. Con tal de que una señal codificada exista en la línea de entrada, el servo mantendrá la posición angular del engranaje. Cuando la señala codificada cambia, la posición angular de los piñones cambia. En la práctica, se usan servos para posicionar superficies de control como el movimiento de palancas, pequeños ascensores y timones. Ellos también se usan en radio control, títeres, y por supuesto, en robots.

Los Servos son sumamente útiles en robótica. Los motores son pequeños, tiene internamente una circuitería de control interna y es sumamente poderoso para su tamaño.  Un servo normal o Standard como el HS-300 de Hitec tiene 42 onzas por pulgada o mejor 3kg por cm. De torque que es bastante fuerte para su tamaño. También potencia proporcional para cargas mecánicas. Un servo, por consiguiente, no consume mucha energía. Se muestra la composición interna de un servo motor en el cuadro de abajo. Podrá observar la circuitería de control, el motor, un juego de piñones, y la caja. También puede ver los 3 cables de conexión externa. Uno es para alimentación Vcc (+5volts), conexión a tierra GND y el alambre blanco es el alambre de control. [11]

El motor del servo tiene algunos circuitos de control y un potenciómetro conectado al eje central del motor. En la figura superior se puede observar a la derecha. Este potenciómetro permite a la circuitería de control, supervisar el ángulo actual del servo motor. Si el eje está en el ángulo correcto, entonces el motor está apagado. Si el circuito chequea que el ángulo no es correcto, el motor volverá a la dirección correcta, hasta llegar al ángulo que es correcto. El eje del servo es capaz de llegar

13

alrededor de los 180 grados. Normalmente, en algunos llega a los 210 grados, pero varía según el fabricante. ()

Un servo normal se usa para controlar un movimiento angular de entre 0 y 180 grados. Un servo normal no es mecánicamente capaz de retornar a su lugar, si hay un mayor peso que el sugerido por las especificaciones del fabricante.

El voltaje aplicado al motor es proporcional a la distancia que éste necesita viajar. Así, si el eje necesita regresar una distancia grande, el motor regresará a toda velocidad. Si este necesita regresar sólo una pequeña cantidad, el motor girará a menor velocidad. A esto se le denomina control proporcional. [12]

Tower Pro Micro Serve9g SG90

El servo SG90 Tower Pro un servo miniatura de gran calidad y diminutas dimensiones, además es bastante económico. Funciona con la mayoría de tarjetas electrónicas de control con microcontroladores y además con la mayoría de los sistemas de radio control comercial. Funciona especialmente bien en aeronaves de aeromodelismo dadas sus características de torque, tamaño y peso.El servo SG90 tiene un conector universal tipo “S” que encaja perfectamente en la mayoría de los receptores de radio control incluyendo los Futaba, JR, GWS, Cirrus, Hitec y otros. Los cables en el conector están distribuidos de la siguiente

14

Figura 9 Dispositivo servomotor

Figura 10 Serve9g SG90 motor a pasos

forma: Rojo =Alimentación (+), Café = Alimentación (–) o tierra, Naranja= Señal PWM.()Este tipo de servo es ideal para las primeras experiencias de aprendizaje y prácticas con servos, ya que sus requerimientos de energía son bastante bajos y se permite alimentarlo con la misma fuente de alimentación que el circuito de control. (Figura 10)Por ejemplo, si se conecta a una tarjeta Arduino, se puede alimentar durante las pruebas desde el puerto USB del PC sin mayor problema. [13]Características:

Micro Servo Tower-pro Velocidad: 0.10 sec/60° @ 4.8V Torque: 1.8 Kg-cm @ 4.8V Voltaje de funcionamiento: 3.0-7.2V Temperatura de funcionamiento: -30 ℃ ~ 60 ℃ Ángulo de rotación: 180° Ancho de pulso: 500-2400 µs Longitud de cable de conector: 24.5cm

8.- Sensor de proximidadEl sensor de proximidad está basado en la emisión de un haz de luz infrarroja, que al chocar sobre un objeto cualquiera, rebota y es captado de nuevo por el sensor. (Figura 11)Esta información sobre la presencia de un objeto a una determinada distancia, puede ser aprovechada mediante la utilización de los controladores para el desarrollo de diversos proyectos en el aula de Tecnología.

La necesidad de detectar la presencia de objetos está vinculada al correcto desempeño de una máquina o proceso, dada la importancia de conocer exactamente dónde se ubica un objeto, o para saber si el objeto se encuentra  en un determinado punto. Ya sea para contar piezas, movilizarlas, o accionar otros mecanismos en base a la posición del objeto, los sensores de proximidad son una pieza fundamental en la industria.

15

Figura 11 Accionamiento de un sensor de proximidad

LM393Sensor fotoeléctrico infrarrojo con OpAmp LM393 puede ser utilizado como detector de obstáculos, de proximidad, etc. lo puedes conectar directamente a tus módulos Arduino, PIC, AVR, STM32, DSP.(Figura 12)Ideal para tu robot seguidor de línea.Cuenta con una salida digital la cual está en nivel “0” cuando un objeto es detectado, además de contar con led indicadores de estado y de alimentaciónTiene un rango de detección de 20 – 300 mm y un potenciómetro para el ajuste de la sensibilidad, para dar mayor estabilidad y evitar detecciones erróneas cuenta con un OpAmp LM393. [14]

Características

Voltaje de alimentación 3.5 – 5 VCD Rango de detección 20 – 300 mm ajustable Salida Digital  5V Led de Estado Led de Alimentación

9.- Processing

Processing es un software libre creado por Casey Reas y Ben Fry, el programa está basado en Java, por lo cual hereda todas sus funcionalidades, convirtiéndose en una herramienta poderosa a la hora de crear diferente tipos de proyectos, ya sea para aplicaciones locales (instalaciones artísticas por ejemplo) o aplicaciones para la web.

Es un lenguaje de programación de código abierto y un ambiente de trabajo para personas que quieran programar imágenes, animaciones e interacciones. Es usado por estudiantes, artistas, diseñadores y aficionados para el aprendizaje, creación de prototipos y producción. Está creado para enseñar los fundamentos de programación dentro de un contexto visual y para servir como un cuaderno de bocetos de software y una herramienta de producción profesional.(Figura 13)

16

Figura 12 Fotografía de sensor LM393

Processing es de libre descarga y multiplataforma, está disponible para Linux, MAC OS y Windows. Puedes obtenerlo de la página de descarga.Aprender a programar en Processing es muy sencillo, incluso si jamás ha programado, puedes aprender con los programas de ejemplo incluidos con Processing o a través de la sección en la página oficial. Además cuenta con un amplio índice de instrucciones con su explicación y ejemplos. [15]

10.- Interconexión Arduino – Processing

Existen dos tipos de interconectar Processing con el dispositivo Arduino, ya sea a través de Firmata y por medio de una librería Serial.

Librería con Firmata: Esta librería te permite controlar Arduino desde Processing sin necesidad de escribir código para el Arduino. Para ello, hay que descargar o subir al Arduino un código llamado “standard Firmata” y utilizar los comandos propios de la librería. El Firmata viene incluido en el entorno de desarrollo de Arduino (en Examples > Firmata).

Processing y Arduino tienen respectivamente, una librería “Serial” para poder hablarse con el mundo exterior: El entorno de desarrollo de Arduino, viene con algunos ejemplos básicos para comunicar con Processing (en Examples > Communication). Todos ellos funcionan utilizando la librería Serial, lo que te obliga a tener un código para Arduino y otro para Processing y que ambos se hablen o se comuniquen entre sí.Existen ciertas limitaciones con Firmata debido a que no tiene implementado funciones de Arduino, por lo que solo se podrán utilizar con los de sensores o actuadores de funciones básicas y protocoles de comunicación que permita el flujo de información entre los dispositivos.[16]

17

Figura 13 Interfaz de Processing 1

El proyecto físico se ve estructurado en diferentes etapas que harán funcional el llenado automatizado, la etapa uno consiste en el ensamblaje del sensor de flujo interconectado al solenoide válvula, las cuales realizaran la tarea de conducir y medir el líquido hacia el recipiente.

Se debe montar los sensores al porta-garrafones, además de adecuar el tanque y sellar la tubería para evitar filtrado de líquidos, a esto nombraremos la etapa número 2.

En la etapa 3 se agrega un sensor de presencia y un servomotor, los cuales localizaran y centraran el recipiente para así proceder a abrir el paso de agua hasta terminar el llenado.

Se hace la interconexión de los dispositivos al Arduino, continuando a la programación y las primeras pruebas de llenado.

18

Durante la etapa de pruebas existieron algunas complicaciones en filtración de agua sobre los dispositivos, el centrado del recipiente causo ciertos problemas en cuestión del movimiento violento del servomotor, el cálculo de los pulsos sobre el sensor de flujo para el llenado exacto en litros.

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

11.- Conclusiones

34

El proyecto consiste en demostrar que el sistema de llenado automatizado de recipientes resulta ser efectivo en el abastecimiento de líquidos con mayor exactitud, así mismo, que al usuario le sea fácil manipular el prototipo ingresando el número de litros que desee en el contenedor.

35

A diferencia de los sistemas de llenado tradicionales su aplicación es amplia para trabajos y utilidades caseras tanto como su desarrollo en industrias de gran magnitud.

36

Más información en: https://www.goconqr.com/es-ES/p/2001975

Referencias:

[1]Ing. Mario Pérez, (2008) “Introducción a los sistemas de control y modelo matemático para sistemas lineales Invariantes en el tiempo.” (pp. 2-10) Recuperado de http://dea.unsj.edu.ar/control1b/teoria/unidad1y2.pdf

[2]Katsuhiko Ogata, (2010) “En Introducción a los sistemas de control”. Ingeniería de control moderna. (pp.4-7). Madrid, Esp.

[3]Carlo Nucci, (2011) “Sistemas de llenado para el sector de bebidas” (pp. 5-8)Recuperado de www.ocme.com/website/get_download.aspx?ctrb_id=574

[4]J. López, (2002) “Tecnología del agua embotellada” (pp. 240-242) Recuperado de http://www.grupovichycatalan.es/proceso_embotellado_lescreusES.php

[5]A.A, (2013) "Tipos de Arduino y complementos" (pp.1-4) Recuperado de http://www.electronicaembajadores.com

[6]Alvaro Saburido, (2014) “10 razones para usar Arduino” (pp.1) Recuperado de http://www.modulo0tutoriales.com/10-razones-para-usar-arduino/

[7]A.A, Ingeniería de sistemas y automática, (2007) "Sensores y actuadores"(pp. 2-14) Recuperado de http://isa.uniovi.es/docencia/autom3m/Temas/Tema7.pdf

[8]Jordi Mayné, (2003) “Sistemas acondicionadores y procesadores de señal” (pp.5, 6 ,42) Recuperado de http://www.bairesrobotics.com.ar/data/sensores_2003.pdf

[9]A.A, (2007) “Sensor De Flujo De Agua” (pp.1) Recuperado de http://electronilab.co/tienda/sensor-de-flujo-de-agua-g12-1-30lmin/

[10] Juan Padial, (2015) “¿Qué es una válvula solenoide?”(pp.1) Recuperado de https://curiosoando.com/que-es-una-valvula-solenoide

[11]A.A, (2008) “El Servomotor” (pp.1) Recuperado de http://www.info-ab.uclm.es/labelec/solar/electronica/elementos/servomotor.htm

37

[12] R. González, (2003) “Servomotores” (pp.1) Recuperado de http://platea.pntic.mec.es/vgonzale/cyr_0204/ctrl_rob/robotica/sistema/motores_servo.htm#composicion

[13]A.A, (2013) “Micro Servo 9g TowerPro” (pp.1) Recuperado de http://electronilab.co/tienda/micro-servo-9g-towerpro/

[14]A.A, (2012) “Sensor fotoeléctrico con LM393” (pp.1) Recuperado de http://www.nextiafenix.com/producto/fotoelectrico-con-lm393/

[15]A.A, (2010) “Que es Processing?” (pp.1) Recuperado de http://blog.make-a-tronik.com/que-es-processing/

[16]A.A, (2009) “Talle de programación creativa II” (pp.4-5) Recuperado de http://wiki.medialab-prado.es/images/2/25/Taller_2009.pdf

38