Control On Off

GAONA PALENCIA LUISA ALEJANDRA, LATORRE BETANCOURT DIANA ALEXANDRA, MOLINA MORALES YINA VANNESA. CONTROL ON/OF F DE TEMPERATURA PARA INCUBADORA. EMILIO SANCHEZ. ING. BIOMÈDICA. 06 DE MARZO DE 2018.

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CONTROL ON/OFF DE TEMPERATURA PARA INCUBADORA Gaona Alejandra; Latorre, Diana; Molina, Vannesa. luisa. aleja29, latorrebetancourt, vanemmoolina12} gmail.com

Resumen-Por medio del presente trabajo se explicará, la forma de llevar a cabo un control ON/OFF de temperatura para incubadora por medio de un diseño análogo, que incluirá un sistema de ventilación encargado de disminuir la temperatura en el sistema en caso de que la resistencia, cree una elevada temperatura dentro de la cápsula. Además, se mostrará al lector la forma de representar de forma visual mediante una lcd la temperatura de referencia del sistema y la temperatura actual en el mismo. Palabras claves- Control ON-OFF, temperatura, tiristores, divisor de voltaje, comparador. I.

INTRODUCCIÓN

A partir de un sistema de control ON/OFF, es posible llevar a cabo el encendido o apagado de elementos, gracias a la acción de control retroalimentada que este ofrece. La selección del control de temperatura correcta en aplicaciones biomédicas, es de suma importancia, en muchos de los equipos diseñados y a diseñar para la contribución en el tratamiento y la rehabilitación de la salud, es indispensable tener o crear un grado de control específico para detectar el cambio de estado dado por una oscilación permanente en la variable de relevancia a controlar. Como principal característica el control ON/OFF posee un ancho de banda o histéresis, el cual determina el tiempo para que la salida cambie o no su estado. En sistemas de vital importancia para el soporte de la vida de pacientes como lo es la incubadora neonatal, debe emplearse un retardo suficiente que garantice las características para un sistema térmico adecuado, a partir de la oscilación de la temperatura en la capsula, se presentaran, en el

sistema las condiciones adecuadas para el crecimiento del bebe. Con el presente trabajo se explicará al lector la forma de llevar a cabo, un control análogo que permita simular un ambiente adecuado en humedad y temperatura para un neonato. II.

MARCO TEÓRICO

SISTEMA DE CONTROL ON /OFF Es la forma más simple de control por realimentación, es un control de dos posiciones en el que el elemento final de control sólo ocupa una de las dos posibles posiciones, en el cual la salida del controlador va de un extremo a otro cuando el valor de la variable controlada se desvía del valor deseado. Características  Variación cíclica continúa de la variable controlada.  El controlador no tiene la capacidad para producir un valor exacto en la variable controlada para un valor de referencia.  Funcionamiento óptimo en procesos con tiempo de retardo mínimo y velocidad de relación lenta.  Tiene un simple mecanismo de construcción, por eso este tipo de controladores es de amplio uso, y mayormente son utilizados en sistemas de regulación de temperatura [1]. SALIDAS DE CONTROL: SSR La salida de control a SSR se refiere a relevador de estado sólido, es decir, una salida a voltaje de corriente directa, cuando la salida está en forma activa un voltaje de CD está presente entre las

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terminales, cuando la salida está desactivada dicho voltaje desaparece [2]. La aplicación más común de relés de estado sólido es la conmutación de una carga de AC, ya sea para controlar la alimentación de un control ON/OFF, atenuación de la luz, control de velocidad del motor u otras aplicaciones donde se necesita control de potencia, estas cargas de AC se pueden controlar fácilmente con una baja tensión de corriente continúa utilizando un relé de estado sólido que proporciona una larga vida útil y altas velocidades de conmutación [3].

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de la polarización de puerta, es decir, mediante una corriente de puerta positiva o negativa. [4]

Figura 2. TRIAC Y DIAC SENSOR DE TEMPERATURA LM35 El sensor de temperatura LM35 es un integrado de precisión, cuyo voltaje de salida es linealmente proporcional a temperatura en ºC. El L M35 por lo tantotiene una ventaja sobre los sensores de temperatura lineal calibrada en grados Kelvin: que el usuario no está obligado a tomar un gran voltaje para obtener grados centígrados [5].

Figura 1. Circuitos de Salida SSR. TRIAC Y DIAC El DIAC (Diodo Interruptor de Corriente Alterna) es un dispositivo controlado por voltaje, el cual se comporta como dos diodos zener puestos en contraparalelo. Si es colocado en paralelo con la salida de una fuente de corriente alterna podrá recortar todos los picos positivos y negativos que pasen del voltaje del umbral del diac. Si es puesto en serie, solamente dejará pasar corriente cuando lleve más tensión que la del trigger para TRIACS en circuitos de corriente alterna. El dispositivo tiene un rango simétrico de conmutación de 20 a 40 voltios, tensión que usualmente excede el punto de umbral del gate de los triacs, de tal forma que estos trabajan siempre en un nivel seguro. El TRIAC es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El TRIAC puede ser disparado independientemente

Figura 3. Sensor de temperatura LM35. MOC 3011 Es un optocoplador salida TRIAC. Estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP. Se suelen utilizar para aislar eléctricamente a dispositivos muy sensibles. El optoaislador MOC3011 consta de un diodo emisor de infrarrojos de arseniuro de galio, acoplado ópticamente a un interruptor bilateral de silicio y está diseñado para aplicaciones que requieren disparo aislado de TRIAC, bajo corriente de conmutación aislado de CA, un alto aislamiento eléctrico (a 7500V pico), de alto voltaje detector de punto muerto, pequeño tamaño, y de bajo costo. Sus

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aplicaciones son de tipo: Industrial, Iluminación, Control de Motor [6].

Figura 4. Optoacoplador MOC 3011 salida TRIAC III.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Esta guía se divide en dos partes, las cuales se explicarán a continuación: 1. PARTE ANÁLOGA 1.1 Control de bombillo por corriente AC

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Despejando de la ecuación 1 Rx se obtiene: 1𝑉 ∗ 10𝑉Ω 𝑉𝑉 = 5𝑉 − 1𝑉 = 2,5𝑉Ω Ecuación 2. Resistencia Se utilizó un 1V de salida en la resistencia, debido a que el máximo de temperatura de un sensor LM35 es de 100°C y por cada grado centígrado el voltaje es de 10mV. Por lo cual se puede decir que es un sensor lineal. Como se puede observar en la ecuación 2 el valor obtenido para la resistencia Rx fue de 2,5kΩ como no es un valor comercial se utilizó un valor de 2,2kΩ. Y en la entrada negativa se colocó el sensor LM35, cuando se realiza la comparación entre los dos voltaje obtenido en el potenciómetro y en el sensor, se obtiene tres condiciones: 1. 𝑉+ > 𝑉− = 𝑉𝑉𝑉 2. 𝑉+ < 𝑉− = 𝑉𝑉𝑉 3. 𝑉+ = 𝑉− = 𝑉𝑉𝑉 Cuando la condición 1, se cumple se activa el circuito para el control AC del bombillo, a la salida del integrado se utilizó un MUC 3011 opto aislador con salida a Triac, como el observado en la imagen 2.

Imagen 1. Integrado LM324 Se tomó un comparador LM324, como en el observado en la imagen 1. En la entrada positiva del integrador estaba el potenciómetro el cual previamente se le realizó un divisor de voltaje con el objetivo que la salida fuera proporcional a la temperatura del sensor LM35. Este divisor de voltaje consistía de una resistencia R1 de 10kΩ a VCC y en sería una resistencia Rx de 2,2kΩ, la cual se calculó despejando de la siguiente ecuación 𝑉𝑉 ∗ 𝑉𝑉 𝑉𝑉𝑉 = 𝑉1 + 𝑉𝑉 Ecuación 1. Divisor de voltaje

Imagen 2. MUC 3011 Donde en la entrada del ANODE se colocó una resistencia de 220Ω, CATHODE se mandó a tierra, se colocó una resistencia de 180Ω entre el MAIN TERM (PIN 6) y la entrada MT2 del BT134 y en el MAIN TERM (PIN 4) se colocó el triac para corriente alterna con el fin de que conmutara la corriente alterna el cual se mandó al gate del BT134.

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anteriormente mencionado fue el utilizado para el control ON/OFF de una incubadora. 1.2 PARTE DIGITAL En este apartado se realizó la programación de la LCD en arduino, para que leyera los valores de voltaje del potenciómetro e hiciera la representación en temperatura. Al igual que la lectura del sensor LM35. En el anexo 1 se puede observar el código implementado en arduino.

Imagen 3. BT134. A la entrada MT1 se mandó una de las salidas del bombillo y la otra estaba conectada al neutro del tomacorriente y la fase fue conectada a la entrada MT2. Cuando la condición 2 se cumplía en la salida del integrador era un 0 lógico el cual se mandó a una compuerta not, para que negara el cero lógico y lo convirtiera en 1 lógico generando 5V, con el fin de que el ventilador fuera activado por medio de voltaje DC. En la condición 3 tanto el bombillo como el ventilador se encuentran apagados. El circuito

Después de comprobar el adecuado funcionamiento del circuito eléctrico para el control del bombillo y del ventilador, se evidencio que en el momento en el que el sensor tuviera la misma temperatura que el potenciómetro de referencia el bombillo quedaba de forma intermitente, debido a que el voltaje del potenciómetro oscilaba entre la temperatura de referencia y un grado menos que esta, esto ocurría mientras que el bombillo calentaba más la caja y después se encendía el ventilador. CUESTIONARIO

1. Hacer el diagrama de bloques del sistema propuesto en la guía.

Figura 5. Diagram de bloques del Sistema planteado. 2. Describir el análisis y desarrollo teórico del procedimiento eléctrico del sistema.

RTA=Esta respuesta fue contestada en el análisis de resultados.

3. Hacer la curva de temperatura en el tiempo del sistema propuesto en la guía.

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Temperatura VS Tiempo 80,25

Tiempo (seg)

70,25 60,25 50,25 40,25 30,25 20,25 10,25 0,25 26

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40

42

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Temperatura (°C)

Figura 6. Curva de temperatura vs tiempo del sistema propuesto. IV. 

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CONCLUSIONES

El controlador de temperatura diseñado posee una entrada (el sensor de temperatura) y tiene dos actuadores conectados a el elemento de control ,los cuales son el ventilador y el bombillo en el diseño planteado. Los cuales, son activados por el disparo de un DIAC y un TRIAQ, los cuales permitieron controlar la intensidad de corriente de forma bidireccional, de tal manera que se logró hacer circular la suficiente corriente para la activación de los actuadores en un momento determinado. Es importante tener en cuenta el ancho de banda o histéresis durante el diseño de control ON/OFF de temperatura; en el diseño propuesto el retardo de activación de los actuadores era muy pequeño, es decir, las comparaciones y encontraban muy cercanas lo que causaba, un colapso en el sistema (se encendían los dos actuadores intermitentemente hasta que, la diferencia de voltajes entre estos fuera significable). Para

ello se modificaron los valores calculados en el divisor de voltaje del comparador. REFERENCIAS [1] UNAS. Sistema control ON/OFF. (2011) Disponible en: https://es.slideshare.net/shuaranca/sistema-controlonoff [2] Tei. Controladores de temperatura. Disponible en: http://www.teii.com.mx/controlestemperatura.html [3] Electronics Tutorials. Solid State Relay. Disponible en: https://www.electronicstutorials.ws/power/solid-state-relay.html [4] Automatización y Electrónica. TRIAC y DIAC. [5] Datasheet LM35. Texas Instruments [6] Optoacoplador MOC3011 Salida Triac. Disponible en: https://www.carrod.mx/products/optoacopladormoc3011-salida-triac

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ANEXO 1 const int analogPin1 = A0; const int analogPin2 = A1; int value1; //variable que almacena la lectura analógica raw int value2; int temp1; int temp2; #include LiquidCrystal lcd(7, 8, 9, 10, 11, 12); // void setup() { lcd.begin(16, 2); Serial.begin(9600); } void loop() { value1 = analogRead(analogPin1); temp1=(((value1*1)/2)); value2 = analogRead(analogPin2); temp2=(((value2*1)/2)); // Serial.println("Pot1:"); Serial.println(value1); Serial.println(temp1); Serial.println("sensor:"); Serial.println(value2); Serial.println(temp2); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("TEMP 1: "); lcd.setCursor(10,0); lcd.print(temp1); delay(1000); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("TEMP 2: "); lcd.setCursor(10,1); lcd.print(temp2); delay(1000); }

( RS, EN, d4, d5, d6, d7)

// realizar la lectura analógica raw // realizar la lectura analógica raw

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ANEXO 2. DISEÑO DE LA CAPSULA

Figura 7. Diseño Incubadora

Figura 8. Diseño Incubadora Para el diseño físico de la incubadora se realizó un modelo de 15x20x15 cm, en el cual fue posible incorporar el ventilador y el bombillo, cerca al LM35 para generar los cambios de temperatura

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Figura 9. Circuito eléctrico ON/OFF

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