Control de Temperatura

INSTITUTO TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE MISANTLA

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

MATERIA: INGENIERIA DE CONTROL PROYECTO: “CONTROL DE TEMEPERATURA”

PRESENTA: JIMENEZ HERNANDEZ GIL FABIAN

INTRODUCCIÓN En este proyecto se explicara el funcionamiento de los diversos dispositivos y elementos que compondrán todas nuestras etapas que componen nuestro circuito que será capaz de controlar la temperatura de una cámara compuesta por elementos resistivos que tenderán a elevar la temperatura hasta un límite fijado por el controlador. también se mostrara y explicara la simulación de este proyecto.

DESARROLLO

Esta práctica consta de 5 simples etapas

1.-construccion de la cámara de temperatura.

2.-polarizacion y funcionamiento del circuito integrado lm35

3.-amplificacion de la señal del lm35 con amplificador  operacional

4.-comparacion de la señal con amplificador operacional en modo restador inversor.

5.-optoaislar el circuito de control del circuito de potencia

Etapa 1.- construcción de la cámara de temperatura La construcción de esta cámara fue pensada y basado en tomar un microondas que ya no sirviera para utilizar la carcasa y ahí introducir en este los elementos resistivos que en este caso fueron tres soques para introducir tres focos de 100W como a continuación se muestra a continuación.

Etapa 2: polarización y funcionamiento del circuito integrado lm35 Como sabemos el lm35 entrega 10 mV por cada grado centígrado y tiene un rango de temperatura de -55c a 150c entonces tenemos el circuito que funciona con alimentaciones entre 4v y 30v

Circuito con lm35 El capacitor se coloco para filtrar la señal la cual será entregada mili volts por lo que tendrá que ser amplificada por que cualquier rizado o distorsión nos entregaría una señal muy errónea. Se realizo una prueba para medir la temperatura ambiente del lugar usando el lm35 y observamos que la temperatura es de 30C a continuación se muestra la imagen.

Etapa 3: amplificación de la señal del lm35 con amplificador  operacional Para la amplificación de esta señal se opto por usar un lm741 ya que es un amplificador operacional muy conocido de bajo costo y simple de ent ender la amplificación se realizo en modo no inversor y para usos prácticos se opto para una ganancia de 10.

Diagrama de amplificador operacional en modo no inversor. Como Vo = Vi (1 + R1 / R2) Y k

 

K representa la ganancia Si k=10 Y proponemos R2=1k Por lo tanto k = (1 + R1 / R2) Entonces (k-1)R2=R1 R1= (10-1) (1k R1=9k



)

Este arreglo nos permite amplificar el voltaje de entrada multiplicado por 10 hasta cierto nivel porque esta ganancia también depende del voltaje de polarización del amplificador operacional porque ay un momento en el que el voltaje de entrada ya no puede ser amplificado solo hasta un cierto nivel de voltaje y a este fenómeno se le llama saturación del amplificador.  A continuación se muestra el circuito simulado y real del amplificador  operacional lm741 con una ganancia de 10

Circuito amplificador con lm741.

Circuito real del amplificador con lm741

Se realizaron pruebas a una temperatura ambiente de 30C para corroborar  que la señal del lm35 en realidad es amplificada 10 veces.

Podemos notar que efectivamente la amplificación fue la calculada ay un pequeño margen de error pero es muy despreciable.

Etapa 4: comparación de la señal con amplificador  operacional en modo restador inversor. Este arreglo nos permite comparar el voltaje de entrada con un voltaje de referencia es decir que si tenemos cierto voltaje de entrada (V1) y un voltaje de referencia (V2) el voltaje de salida (Vout) será igual al voltaje de referencia menos el voltaje entrada siempre y cuando las 4 resistencias sean iguales.

Circuito restador inversor 

Ya que las cuatro resistencias pueden ser independientes una de otra propondremos que las 4 resistencias que serán de 1k esto nos permitirá lo siguiente. Si R1=1k, R2=1k, R3=1k, R4=1k Por lo tanto sustituimos en la formula



Vsal=Vref 





- Vent



Por lo tanto Vsalida= (Vvoltaje de reerencia)  – (Vvoltaje de entrada)  A continuación se muestra el circuito del amplificador operacional en modo restador inversor para comparar la señal de entrada de la etapa de amplificación con un nivel de referencia.

Circuito del amplificador operacional con lm741 en modo restador inversor.

Circuito real del amplificador operacional en modo inversor restador 

Etapa 5: opto aislar el circuito de control del circuito de potencia usando un arreglo del moc3011 y el tiristor triac bta24 El uso de estos elementos son precisamente para no dañar el circuito de control como tenemos una cámara de temperatura basada en elementos resistivos y a una potencia considerable el arreglo para esta etapa es el siguiente.

El moc3011 está aislado ópticamente del dispositivo triac.Este dispositivos contienen un infrarrojo de un diodo emisor de luz y un interruptor que funciona como un triac. Está diseñado para la interconexión entre controles electrónicos y triacs de potencia para controlar tanto cargas resistivas. El moc 3011 está diseñado para soportar 127 volt y el triac utilizado para este arreglo puede ser cualquiera que tenga una capacidad mayor a la corriente que demande los elementos resistivos de nuestra cámara de temperatura en este caso usamos un triac bta24 ya que puede soportarnos hasta una corriente de 25 A.  A continuación se muestra el circuito de la etapa de opto aislamiento.

Circuito de opto aislamiento usando el moc3011 y el triac bta24.

Circuito real de la etapa de opto aislamiento Bueno ya que tenemos todas las etapas listas pues solo resta acoplarlas

cabe mencionar que este circuito funcionara con unos simples cálculos ya que el moc3011 no puede funcionar a menos de 1.2 V por lo que la etapa de comparación llegando a este nivel de voltaje se mantendrá constante la temperatura ya que cada vez que la temperatura aumente en la cámara el circuito comparador irá disminuyendo el voltaje asta llegar al mínimo requerido para que pueda funcionar el moc y este nivel lo tomaremos a beneficio para poder calcular cual es la temperatura a la cual queremos que se encuentre la cámara de temperatura mediante los siguientes cálculos o ecuaciones propuestas. Vref-Vent=1.2V Es decir la temperatura a la cual queremos que se encuentre nuestra cámara será muy dependiente del voltaje de referencia, Si queremos que nuestra cámara de temperatura se encuentre a 60 C podemos sacar el voltaje de referencia ya que el voltaje de entrada es el que proporciona el sensor  amplificado 10 veces.

Por lo tanto 60 C=O.60 V Y amplificado 10 veces es igual a 6 V

Vent=6 V Entonces Vref=1.2V + Vent Vref=1.2 V + 6 V V ref=7.2 V

Es decir para que la cámara de temperatura este aproximadamente a 60C el voltaje de referencia de la etapa de comparación del amplificador operacional en modo inversor restador debe ser de 7.2 V

Esta figura muestra la cámara de temperatura mantenida a 60c

CONCLUSION Este proyecto tiene mucha aplicación en la industria ya que es muy utilizado el control en la ingeniería por eso se investigo e indago como poder construir y diseñar un circuito capaz de controlar la temperatura a partir de un sensor  seguida de otras etapas. Como pudimos observar el circuito realmente opero como se esperaba. Con el anterior proyecto se logro entender la capacidad de controlar y manipular en este caso la temperatura por lo cual se logro el entendimiento de la ingeniería de control en la industria y en la vida cotidiana.