CAPITULO 1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE MOLIENDA 1.1. Definición de molienda Los procesos que se realizan en las factorías cerámicas son muy variados. Las operaciones preliminares dependen de la condición de las materias primas. Se cono conoce ce que que algu alguna nass mate materia riass prima primass se tritu tritura ran, n, muel muelen en,, lava lavan, n, purifican purifican y secan secan antes antes de su su venta venta por la propia propia firma firma explorad exploradora. ora. Cuando las materias primas son entregadas al fabricante en estado bruto estas son tratadas en dos métodos purificación y molienda. Las materias primas no plásticas requieren trituración o desintegración seguida por molienda en seco o en húmedo hasta llegar llegar a diversos grados de finura. Los materiales individuales precisan de diferentes maquinas para esto, conforme a su tamaño de grano, dureza y tipo de fractura. Las materias primas plásticas se tratan en cualquiera de los estados seco, plástico plástico o húmedo. húmedo. La preparación preparación seca puede llevar consigo secado, trituración, trituración, molienda y separación con aire. La preparación plástica puede incluir también trituración o desintegración seguidas por amasado y mezclado. Cuando se habla de la molturación de sólidos, se entiende toda una serie de operaciones que pretenden la reducción de las dimensiones del material que van desde la premolturacion hasta una pulverización. Pero la molturación no tiene por objeto la simple obtención de pequeñas partículas partículas de tamaño menos grueso grueso que el original, original, sino producir un material con un determinado diámetro medio de partículas y una distribución granulométrica adecuada para el producto que se desea obtener.
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La preparación de molienda en húmedo es utilizada únicamente para pastas pastas cerámicas cerámicas de de alta calidad calidad la la cual se se pasa por filtro – prensa prensass las mismas mismas que que eliminan el exceso de agua de moliendo quedando una pasta cerámica con la plasticidad plasticidad adecuada adecuada para la fabricación fabricación de platos platos por medio de tornos, tornos, para el proceso proceso de la fabricación fabricación de platos cerámicos cerámicos prensados prensados la pasta pasa por atomizadores con la finalidad de pulverizar la pasta cerámica en un cilindro con terminación cónica en el cual se introducido calor para obtener la pasta cerámica pulverizada pulverizada y seca seca o la fabricación fabricación de barbotina barbotina con una una humedad humedad inferior inferior para la fabricación de piezas coladas a través del del sistema de colado. 1.2. Tipos de Molienda La molturación de las materias primas que componen la pasta cerámica se realiza por dos medios: -
tec tecnolo nologgía por por vía sec seca
-
tec tecnolo nologgía por por vía vía húm húmeda
La tecnología por vía seca se utiliza cuando se dispone de materias primas primas extremada extremadamente mente puras o cuando cuando se desea desea producir producir materiales materiales de una calidad no muy elevada o preparación de bizcocho en general. La tecnología por vía húmeda viene caracterizada por una reducción muy rápi rápidda de los los mate aterial rialees com compone ponent ntees de la mez mezcla y por una mejo mejor r homogenización. Con la molturación en húmedo la materia primas se dispersa dé modo que permiten una posterior reducción de las partículas naturales. 1.3. Tipos de Molinos Existen diferentes métodos para la molturación de materias primas de la composición cerámica. Los métodos más utilizados son los siguientes: . a) Moli Molino noss de Bo Bola lass b) Molinos Molinos a Martillos Martillos c) Qu Quebr ebranta antador dor de Mandí Mandíbul bulas as 2
1.4. Selección del Molino La forma de la partícula, la granulometría, y ciertas propiedades químicas de los los mate materia riale less molid molidos os depe depende ndenn del del tipo tipo de molie moliend nda, a, prod produc ucie iend ndoo la molienda por cargas de la cantidad máxima de material muy fino para un tamaño de partícula máximo dado. La molienda en circuito abierto en molinos de tubos produce produce una gran cantidad cantidad de finos. La molienda molienda en circuito circuito cerrado cerrado pued puedee proporciona proporcionarr un producto producto de tamaño tamaño bastante bastante uniforme: uniforme: La molienda molienda húmeda húmeda y la seca, seca, respec respectiva tivamen mente, te, pue pueden den produc producir ir partícu partículas las de formas formas diferen diferentes tes,, y la molienda húmeda puede por otra parte alterar la naturaleza química del producto, por ejemplo ejemplo del feldespato, feldespato, en cuyo caso se disuelve disuelve una parte del álcali, o del pedernal, pedernal, que eventualme eventualmente nte puede combina combinarse rse con el agua para para formar un gel de sílice. Al cambiar de un sistema de molienda a otro es importante tener en cuenta las formas de partícula y la granulometría, pues mezclas del mismo tamaño máximo pero granulometría diferente dan resultados totalmente distintos cuando se utili utiliza za una una past pastaa cerá cerámic mica. a. Los Los méto método doss de molie moliend ndaa tradic tradicion ional ales es no proporciona proporcionann necesariam necesariamente ente las mezclas mezclas de tamaño tamaño de grano óptimo, óptimo, pero cualquier cambio debe experimentarse bien antes de aplicarlo a la producción en gran gran escal escala. a. Los Los fabrica fabricante ntess de cerám cerámica ica espec especifica ificann frecue frecuente ntemen mente te que sus cuerpos moledores beben molerse en la plataforma húmeda de silex negro. Tal molienda puede hacerse mucho más económica en molinos de tubo o de guijarro. Media Mediante nte invest investiga igacio ciones nes relativ relativas as a la distribu distribució ciónn óptima óptima de tamaño tamañoss de partícula partícula puede puede comprobars comprobarsee que de este este modo modo se consig consigue ue un producto producto mejor. mejor. 1.5. Molturación con molinos de bolas Se ha visto anteriormente que la molturación en húmedo tiene por objeto, además de reducir las dimensiones en partículas micronizadas de las partículas que forman la pasta, la perfecta homogenización y dispersión en toda la barbotina de los diferentes componentes.
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Lo más frecuente es que las pastas cerámicas estén formadas por muchos componentes añadidos con el fin de adaptar las características de la arcilla al proceso proceso tecnológic tecnológicoo más racional racional y moderno moderno para la obtención obtención del producto producto cerámico requerido. Para la molturación en húmedo se utiliza generalmente el molino Alsing, (foto 1)la molturación con este tipo de molino es discontinua, tiene el siguiente ciclo de trabajo que se divide en tres etapas: Etapa
descripción ciclo
1º
Carga de materia prima, agua y fluidificantes
2º
Molturación propiamente dicha
3º
Descarga de la barbotina obtenida
Foto 1 MOLINO DE BOLAS
1.6. Teoría de la molturación en húmedo
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Exis Existe tenn vari varias as teor teoría íass de la molt moltur urac ació iónn que que tie tiende nden a cons consid ider erar ar el func funcio iona nami mien ento to de las las maqu maquin inas as medi median ante te leye leyess expre expresa sada dass en formu formula lass matemáticas; las más importantes son la ley de Kick y sobre todo la de Rittinger. a) La ley ley de Kick ick El trabaj trabajoo realiz realizado ado para para moltura molturarr una cierta cantid cantidad ad de materi material al es constante a la igualdad de la relación de disminución de las dimensiones, independientemente de la dimensión original E = C log ( D / d ) Donde E = trabajo realizado C = constante que depende del tipo de material D = dimensión media de la partícula antes de la molturación .d = dimensión media de la partícula después de la molturación Esto significa que la cantidad de energía consumida para desmenuzar un cierto peso de material, por ejemplo una pieza de 1 cm a ½ cm es igual a la ener energí gíaa nece necesa sari riaa para para desm desmen enuz uzar ar una una piez piezaa de ½ cm a ¼ cm y así así sucesivamente. b) La ley ley de Rittinge Rittinger r Se basa sobre todo en la hipótesis de que el trabajo de rotura para reducir las las dime dimens nsio ione ness de las las partí partícu cula lass sea sea propo proporc rcion ional al a la nuev nuevaa partí partícu cula la producida. producida. La regla se puede expresar con la siguiente formula: E = K1 ( 1/d – 1/D )
Donde E = trabajo realizado 5
K1 = constante que depende de la forma de la partícula y del trabajo por unidad unidad de de superficie superficie.. .d = lado medio de la partícula del material después de la Molturación. D = lado medio de la partícula del material antes de la molturación En otras palabras, la cantidad de energía consumida para desmenuzar una cierta cantidad de material depende todavía de las dimensiones iniciales y finales del producto molturado. Sin embargo, debemos observar que en la práctica la energía que se debe transm transmitir itir a la maquina maquina para para obtene obtenerr las dimens dimensione ioness adecua adecuadas das es siempre siempre superior al valor calculado con las reglas anteriores y esto es por el hecho de que el trabajo total exigido comprende: 1) Trabaj Trabajoo para para vencer vencer la cohesión cohesión entre entre las partícu partículas las compon component entes es del pedazo pedazo a fracturar. fracturar. 2) El trabajo trabajo de deformación deformación ( deformació deformaciónn plástica plástica y elástica). elástica). 3) El trabajo trabajo de absorbi absorbido do por fricción fricción entre los los órganos órganos molturtant molturtantes. es. 4) El trabaj trabajoo absorb absorbido ido por por las vibrac vibracione iones. s. 5) El trab trabajo ajo disper dispersad sadoo en en calor. calor. 1.7. Cuerpos moledores La rotación del molino no solamente provoca una rotación completa de la cáscara sino que provoca una una serie de rotaciones rotaciones de los cuerpos cuerpos moledores (foto 2) sobre ellos mismos. Estas rotaciones son particularmente eficaces al finalizar la molturación si los cuerpos moledores son bolas esféricas o cilíndricas. Mucho menos eficaces son al contrario los cantos de sílice dado por su forma irregular no les permite una rotación continua y uniforme.
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La característica más importante de los cuerpos moledores es el peso específico ( dado normalmente como densidad ) que permite clasificarlos en: a) Cu Cuer erpo poss de baja baja densida densidadd ( peso peso espe especi cific ficoo = 2.4 2.4 – 2.5 2.5 gr/cm³, gr/cm³, por ejemplo porcelana normal o sílice ). b) Cuerpos Cuerpos de media densidad densidad ( peso especifico especifico = 2.6 – 2.7 gr/cm³, por ejemplo esteatita, porcelana de alto contenido en alumina o similar). c) Cu Cuer erpo poss de alta alta dens densid idad ad ( peso peso espec especific ificoo = 3.4 3.4 – 3.5 3.5 gr/cm³ gr/cm³ por ejemplo alumina sinterizada, alubit ). A más alto peso específico mayor será, para cuerpos moledores de igual volumen, la energía cinética de este componente durante la rotación, lo que significa mayor acción moledora. Además durante la molienda él líquido líquido,, por efecto efecto del empuje empuje hidrostát hidrostático ico,, la fuerza fuerza de graved gravedad ad es proporciona proporcionall a la diferencia diferencia Pc – Ps entre entre el peso espec específico ífico de los cuerpos cuerpos y el peso especifico del producto. Cuando mayor sea la diferencia mayor será la acción moledora.
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Foto 2
1.8. Revestimiento del Molino En una fábrica de cerámica orientada hacia la obtención de un producto selec selecto to y blanco blanco no pue puede de tolera tolerarse rse la con contam tamina inació ciónn por hierro durant durantee la molienda, por lo tanto los molinos deben revestirse con materiales no férreos. Se emplean rocas naturales blancas duras como el silex belga, cuarcita, sílice de adamanto jaspeada y granito (foto 3), así como los productos cerámicos, porcelana y gres. Están empleándose cada vez más los revestimientos de caucho, que son, mucho más resistentes a la abrasión y mucho más silenciosos. Las camisas fabr fabric icad adas as prese presenta ntann la venta ventaja ja de tene tenerr comp compos osici ición ón y dure dureza za unifo uniforme rmess conocidas, y de fabricarse en tamaños exactos, por lo que pueden emplearse juntas estrechas. Las camisas de piedra y de porcelana se ajustan con cemento Pórtland blanco. blanco. A medida medida que que estos estos materia materiales les se desga desgasta stann durant durantee el servic servicio io solo solo contaminan el producto con materiales que normalmente están incluidos en la pasta cerámica. cerámica.
Foto 3 8
1.9. Carga del producto Existe Existenn seis seis factore factoress que afecta afectann el funcio funcionam namien iento to eficient eficientee de los molinos de bolas. 1. Ve Velo loci cida dadd del del moli molino no El molino debe girar a una velocidad a la cual el medio moledor se eleve por la pared lo máximo para rodar de nuevo hacia abajo sobre sí mismo, pero no tanto que tienda a ser transportado transportado mas allá del nivel de la masa general y caiga después ya que si el medio moledor puede caer y por lo tanto comienza a desintegrar por impacto el material del cuerpo moledor se gastara mas rápidamente y contaminara el producto a ser molido. 2. Cant Cantid idad ad de bola bolass La carga de cuerpos moledores debe ser al menos el 45% del volumen del molino y no exceder del 55 % 3. Tama Tamaño ño de las las bol bolas as Es la superficie de las bolas o guijarros son las que efectúan la molienda por sus contactos entre sí por lo tanto la distribución inicial de cuerpos moledores es 33% cuerpos moledores grandes ( 3.5 pulg. ) 33% cuerpos moledores medianos ( 2.5 pulg. ) 33% cuerpos moledores pequeños ( 1.5 pulg. ). 4. Cant Cantid idad ad de de mate materi rial al Teóric Teóricame amente nte el uso más eficien eficiente te de los cuerpo cuerposs moledo moledores res se hace hace cuando todos los huecos están llenos con el material a moler, y las bolas están justamente justamente cubierta cubiertass con él él . Los espacios huecos ascienden generalmente al 40% del volumen de las bolas.
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Con arreglo a la experiencia de los autores, cuando se muele material plástico plástico para una pasta cerámica cerámica son preferibles preferibles cantidades cantidades ligeramente ligeramente inferiores a estas, esto es, aproximadamente un 20% en volumen con 55% de guijarros o cuerpos moledores. 5. Consistenc Consistencia ia del del material material en el caso caso de molienda molienda en en húmedo húmedo La cons consist isten encia cia de la mezc mezcla la para para la molie moliend ndaa húme húmeda da afect afectaa a los los resultados. Una mezcla de pasta viscosa hace que los cuerpos moledores se peguen peguen unos a otros, provocando provocando que no hagan hagan contacto contacto entre si. Una suspensión muy fluida puede ocasionar resbalamiento de tal modo que haya que emplearse mayores velocidades de molienda para transportar los cuerpos moledores a una una altura altura suficiente.
6. Tamañ Tamañoo de de la la part partícu ícula la inic inicial ial Si la alim alimen enta taci ción ón es exce excesiv sivam amen ente te grue gruesa sa desg desgas asta tara ra los los cuer cuerpo poss moledores y el molino innecesariamente. Una alimentación fina conduce a una molie oliend ndaa efici ficieente nte y a la obtenc tenció iónn de prod produc ucto toss unifo niform rmees y no contaminados. Para la carga del producto a introducir en el molino no hay reglas generales, hay mas bien una indicación para la máxima carga. El producto a molturar ( ya sea en líquido o seco ) debe ser al menos el necesario para cubrir completamente las bolas bolas o cuerpos cuerpos moledores. moledores. A una cantidad cantidad menor bebemos bebemos moler moler a un tiempo mucho más pequeño con peligro de sobrecalentamiento. El limite inferior de la carga del es por consiguiente el valor del volumen de los vacíos que hay entre las bolas, bolas, por ejemplo, ejemplo, una carga carga de bolas del 50 % del volumen volumen del molino el producto producto deberá deberá tener tener al menos menos el 20 % del volumen volumen del molino ósea (20/100)*1000 = 200 lts/m³ Es aconsejable tener un cierto exceso de producto de modo que haga de almohada de las bolas que caen en cascada. Naturalmente al a ver mas exceso de producto producto mas mas tiempo tiempo se necesita necesita para para moler. moler. 10
CAPITULO 2 MICROCONTROLADORES PIC DE MICROCHIP 2.1. Introducción a los Microcontroladores. En 1971 aparece en el mercado el primer microprocesador ( µP) que supuso un cambio decisivo en las técnicas de instrumentación y control. Un microprocesador es un chip programable, que integra pocos recursos de hardware; básicament básicamentee los relacionados relacionados con el procesamiento procesamiento de información información (CPU1) y con el trab trabaajo aritm ritméétic tico (AL (ALU2). 2). Para comple mpleta tarr el dese desem mpeño peño de los los microp microproc roces esado adores res aparec apareciero ieronn un con conjunt juntoo de chips chips perifé periférico ricos, s, tales tales como como puertos puertos de entrada, entrada, salida, salida, memoria, memoria, temporizad temporizadores; ores; entre entre otros. Tales Tales periféricos periféricos form formar aron on parte parte de una una fami familia lia de chips chips disc discre reto toss con con los los que que el
µP
debía
comunicarse empleando básicamente tres tipos de buses3: bus de datos, bus de direcciones y bus de control. En el año 1976, gracias al aumento de la capacidad de integración aparece el primer microcontrolador (µC). La diferencia fundamental de un µC con un µP es que el Microcontrolador integra la mayor cantidad de recursos en un solo chip y se comunica con el exterior solamente a través de líneas de entrada / salida o líneas de puerto. En la actualidad la solución de la mayoría de los proyectos electrónicos es pensada pensada en primera primera instancia instancia utilizando utilizando microcontrol microcontroladore adores. s. Tal es el desarrollo desarrollo alcanzado por las tecnologías de microcontroladores actuales que el papel de los µP ha
sido relegado a la fabricación de PCs o a proyectos de gran escala. Algunas razones que justifican la elección de un microcontrolador son las
siguientes: 11
- Bajo costo, puesto que integra muchos de los recursos que en
µP
aparecen de
forma discreta y se miniaturizan los diseños, lo que supone abaratar costos de fabricación. -Fiabilidad. -Fiabilidad. Un µC integra la mayor parte de los recursos, por lo que se minimizan las interconexiones en la tarjeta de circuito impreso lográndose así un diseño más fiable. - Ahorro de tiempo en el desarrollo de los diseños. 1 CPU son las siglas de: Central Processing Unit. 2 ALU son las siglas de: Aritmetic Logic Unit. 3 BUS: se asocia el término a un conjunto de líneas que permiten la comunicación en sistemas digitales. 2.2. Características de las líneas de entrada / salida (puertos) en los Microcontroladores Microchip. Como ya se había señalado, un microcontrolador se comunica con el entorno solamente a través de líneas de entrada / salida o puertos que vienen inte integra grado doss al chip. chip. En este este senti sentido do,, para para real realiza izarr la cone conexió xiónn de cual cualqu quie ier r dispositivo periférico es imprescindible conocer las características relevantes de los puertos de la tecnología tecnología que se trabaje. Las características ventajosas de las líneas de puerto en los PICS, también han determinado en gran medida la enorme tasa de acogida entre los diseñadores electrónicos. Dentro de las características generales más sobresalientes pudieran citarse las siguientes: 1) Pueden manejar hasta 25 mA de corriente, tanto como fuente o sumidero, esto hace que sean capaces de manejar LEDs sin necesidad de Buffers. 2) Son Son confi configu gura rabl bles es indiv individu idual alme mente nte como como salid salidas as ó entra entrada das, s, media mediant ntee registros denominados “TRIS”. Existe un registro TRIS para cada puerto. Cada bit del cada registro registro está asociado asociado al pin físico del puerto puerto en cuestión. cuestión. Al escribir un UNO en un bit de un TRIS queda programado el pin correspondiente como
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una entrada y al escribir un CERO queda programado como salida. Los pines vienen programados por defecto como entradas. 3) Muchas de ellas están multiplexadas para realizar una de varias funciones: por ejemplo: una misma línea pudiera ser configurada como entrada ó salida digital ó como una entrada analógica. Al igual que otros periféricos, los puertos en los PICS tratan de mantener las mismas características constructivas al migrar de un dispositivo a otro, esto facilita el aprendizaje de la tecnología. 4) Todas las líneas tienen protección contra ESD (Electrostatic Discharge) y en el caso particular de las líneas de puerto tipo “B”, existen resistencias de “PULL UP”4 UP”4 interna internas, s, hab habilit ilitabl ables es o no por SW (Softwa (Software), re), limpiando limpiando el bit 7 de un registro (registro“OPTION”) que se trata en la sección: “Timers integrados a los PICs de la Familia Media”. 5) Las resistencias resistencias de “pull up” son resistores resistores conectados conectados a la fuent f uente. e. Su función función es mantener un nivel estable de UNO cuando la línea se programa como entrada y queda desconectada 2.3. Descripción de los Puertos integrados a la serie 87X. En la figura 1 se puede apreciar un “pin out” del microcontrolador que se trabajará
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FIG 1
Figura 1. Pin out característico de la serie 87x. Todas las líneas del chip son líneas de puerto de propósito general excepto las que se resumen resumen en la tabla 1 : Tabla 1. Pines con funciones f unciones especiales.
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Nombre Nombre del pin Número Número del del pin Función Función (*)MCLR 1 Pin para generar un RESET externo. OSC1 13 Pin para conexión del oscilador externo. OSC2 14 Pin para conexión del oscilador externo. VSS Pin de referencia. Generalmente tierra. VDD Pin de Alimentación. Generalmente + 5V Puerto A: Es un puerto de entrada / salida de 6 pines (ra0 ... ra5) cuyas líneas pueden ser configuradas como como entrada(s) / salida(s) digital(es) ó entrada(s) entrada(s) analógica(s); excepto el pin ra4, que es la entrada digital de conteo del timer08 cuando este es programad programadoo como contador contador de eventos. eventos. Los pines pines del puerto A se enumeran enumeran en el chip desde el pin 1 hasta el pin 6. 5 Refiérase a la sección “Reset”. 6 Refiérase a la sección “Osciladores”. 7 Refiérase a la sección “Osciladores”. 8 Refiérase a la sección “Timers ...” Puerto B: Es un puerto de entrada / salida digital de 8 bits, con pull up. El pull up se puede puede activar activar limpiando limpiando el bit 7 del registro registro OPTION_R OPTION_REG. EG. El registro registro OPTION_REG es la localización 0x81 del banco1 de la Memoria RAM. Puerto C: Es un puerto de entrada / salida digital de 8 bits que multiplexa algunas funciones para sus líneas. Las líneas multiplexadas interesantes para este curso son: - Rc2: puede ser un pin de entrada / salida digital o la salida de una onda de PWM generada a partir de un recurso recurso de HW denominado módulo módulo CCP. - Rc6 Rc6 y Rc7: Rc7: pued pueden en ser ser pine piness de entra entrada da / salid salidaa digi digita tale less o los los pines pines de comunicación para el USART Tx y Rx respectivamente. Como los niveles de salida en estos pines son CMOS (0 => 5V), es necesario conectarlos a un chip 15
que convierta niveles TTL/CMOS a RS232 Puerto D: Es un puerto de entrada / salida digital de 8 bits, que multiplexa funciones con con el perifér periférico ico denom denomina inado do Puerto Puerto Parale Paralelo lo Esclav Esclavoo (PSP). (PSP). El PSP no es objetivo de este curso. Puerto E: Es un puerto de entrada / salida de 3 pines (re0, re1 y re2) cuyas líneas pueden pueden ser configurada configuradass como entrada(s) entrada(s) / salida(s) salida(s) digital(es) digital(es) ó entrada(s) entrada(s) analógica(s). 2.4. Circuito oscilador. Debe conectarse entre los pines OSC1 y OSC2 un cristal de la manera que se muestra en la figura 2. La conexión externa del cristal con dos condensadores conectados a tierra forma un oscilador con el inversor integrado al pic y conectado entre los pines OSC1 y OSC2.
FIG 2
Figura 2. Configuración típica para el oscilador principal en los PICs de la familia media.
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Los oscilador osciladores es que pue puede de utiliza utilizarr esta esta familia familia se subdiv subdivide idenn en las siguientes categorías: HS. Oscilador a cristal cuya frecuencia es típicamente mayor a 8 Mhz. XT. Oscilador a cristal cuya frecuencia es típicamente menor a 8 Mhz. LP. Oscilador basado en resonador cerámico o cuarzo de baja potencia, cuya frecuencia está en el orden de los KHz. RC. Este tipo de oscilador permite conectar, en lugar del tradicional cristal una resistencia y un condensador externo al pin OSC1, para formar junto a la circuitería integrada un oscilador de baja frecuencia muy económico pero también muy impreciso. 2.5. Circuito de RESET externo. Generar un RESET al PIC significa cargar el Contador de Programas (PC) con con el valo valorr 00 0000 00h. h. Esto Esto prov provoc ocaa que que se ejec ejecute ute la prim primer eraa inst instruc rucció ciónn de cualquier aplicación, que es denominada “Vector de RESET”. Para generar un RESET externo es necesario llevar a cero durante un determinado tiempo el pin 1 del chip (etiquetado como (*)MCLR). La figura 3 muestra la circuitería necesaria para generar generar un peque pequeño ño pulso pulso (activo (activo en en bajo) en el el pin (*) (*) MCLR. MCLR.
FIG 4
Figura 3. Circuito de RESET externo. El pin (*)MCLR se mantendrá en un nivel bajo durante el tiempo de carga del capacitor C3. 2.6. Conexión de periféricos fundamentales a un microcontrolador. Los leds leds pue pueden den con conec ectar tarse se directa directamen mente te utiliza utilizando ndo una resiste resistenci nciaa limitadora para la corriente. Para activar un led es necesario que el pin al cual se
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conecta sea programado como salida, escribiendo un cero en el bit del registro TRIS correspondiente. Existen 3 modalidades de conexión: - El led se activa con 1 en el pin (figura 4a):
FIG 4a
Figura 4a. Activaión de un led con un “1” lógico. - El led se activa con 0 en el pin (figura 4b):
FIG 4b
Figura 4b. Activaión de un led con un “1” lógico.
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- Conexión de dos leds a un mismo pin, uno activo con 0 y otro con 1 (figura 4c):
FIG 4c
Figura 4c. Activaión de dos leds con un mismo pin de puerto. El led1 se activa con “0” y el led2 se activa con “1”. En todo todoss los los caso casoss ante anteri rior ores es la resi resist sten enci ciaa R pued puedee calc calcul ular arse se suponiendo una corriente de activación para el led (I) de alrededor de 10 mA y un voltaje de activación para el led de unos 2V. Bajo estas suposiciones: R = (Vcc – 2V) / 10 mA. Si se aproxima el Voltaje de “1” al valor de la fuente (Vcc). Para Vcc = 5V se tiene que: R = 300W. Displays de 7 segmentos de leds. l eds. Un display de 7 segmentos es un arreglo de leds dispuesto como se muestra en la figura 5. Los segmentos se codifican en sentido horario empleando las letras a, b hasta la g y PD (L y/o R) si los displays contienen punto decimal. Cada display posee un terminal común (COM) que sirve para activar o desactivar el display.
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FIG 5
Figura 5. Esquema estándar para un Display de 7 segmentos. Existen dos tecnologías de displays: cátodo común y ánodo común. En el primer primer caso todos todos los leds leds son activos activos con uno y el común común es es activo en en cero. En el el segundo los leds se activan con cero y el común con un uno. Dada la cantidad de corriente que circula por un común es necesario bufferear bufferear las líneas líneas de puerto puerto que activan activan los comunes comunes empleando empleando un transistor transistor (PNP o NPN) dependiendo de la tecnología tal y como se muestra en la figura 6.
FIG 6
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Figura 6. Esquema de activación para el común de un display de 7 segmentos de tecnología cátodo común. Tradicionalmente los displays de 7 segmentos de leds eran tratados de forma independiente, utilizando 8 líneas de datos para encender cada led de cada uno. La conexión individual de displays resulta muy engorrosa dada la cantidad de líneas que se involucran. El empleo de un µC permite implementar el manejo de displays de 7 segmentos multiplexado. El manejo multiplexado supone que se utiliza un único bus de datos (en nuestro nuestro caso el puertoD) puertoD) para enviar enviar el dato en código código 7 segmento a los displays. Desde el punto de vista del hardware esto significa que los segmentos de los N displays involucrados se conectan en paralelo. Cada segmento (led) debe conectarse a través de una resistencia limitadora (de unos 220 W). Adicionalmente se necesitan líneas para manejar de manera individual los comunes de cada display. El método multiplexado enciende en cada momento el display cuyo dato ha sido enviado al bus (puerto D). La secuencia de encendido se realiza a una frecuencia lo suficientemente alta como para provocar la sensación de persistencia de los datos.
2.7. Teclas (“Push Buttom”). Las líneas que se utilicen para conectar teclas deben programarse como entradas, puesto que las teclas son periféricos de entrada al µC. Para Para cone conect ctar ar tecl teclas as resu resulta lta exce excele lente nte el puer puerto to B pues puesto to que que pose poseee resistencias de pull ups internas como ya se había señalado. En la figura 7 se muestra la conexión directa de pulsantes a través de una resistencia de 220W. Las
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teclas entregan en este caso un nivel bajo cuando son pulsadas y un nivel alto cuando están en estado abierto.
FIG 7
Figura 7. Esquema general de conexión de un pulsante tipo “push buttom”. La resistencia de 220W se coloca para proteger la línea de puerto contra cortocircuitos a tierra ante una situación indeseada como la siguiente: Suponga que por error ud. programa los pines del puerto B como salidas (registro TRISB = 00000000) y además escribe un “1” en la línea a la cual conectada una tecla. Si la resistencia no estuviera presente, al pulsar la tecla se conectaría a tierra la línea de puerto que en ese momento está aun voltaje alto, por lo que pudiera pudiera circular circular una corriente corriente por ella lo suficienteme suficientemente nte alta como para produc producir ir daños. daños. A pesar de la existencia de la resistencia limitadora de 220W, el nivel de “0” no se afecta. 2.8. Sensores inductivos
FIG 8
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Los sensores inductivos de proximidad han sido diseñados para trabajar generando un campo magnético y detectando las pérdidas de corriente de dicho campo generadas al introducirse en él los objetos de detección férricos y no férricos. El sensor consiste en una bobina con núcleo de ferrita, un oscilador, un sensor del nivel de disparo de la señal y un circuito de salida. Al introducir un objeto metálico en el campo, se inducen corrientes de histéresis en el objeto. Debido a ello hay una pérdida de energía y una menor amplitud de oscilación. El circuito sensor reconoce entonces un cambio específico de amplitud y genera una señal que conmuta la salida de estado sólido a la posición “ON” (Encendido) y “OFF” (Apagado). La cara activa de un sensor de proximidad inductivo es la superficie por la que emerge el campo electromagnético de alta frecuencia. Una diana estándar es un cuadrado de acero, de 1 mm de grosor, con long longit itud ud late latera rall igua iguall al diám diámet etro ro de la cara cara acti activa va ó 3X la dist distan anci ciaa de conmutación nominal, el que sea mayor de los dos. Factores de corrección del objetivo para sensores inductivos de proximidad Para determinar la distancia de detección para otros materiales diferentes al acero templado se utilizan factores de corrección. La composición del objeto a detectar influye en gran medida en la distancia de detección de los sensores de proximidad proximidad inductivos. inductivos. Si se utiliza un objeto construido a base de alguno de los materiales que a continuación se listan, multiplique la distancia nominal de detección por el factor de corrección listado para determinar la distancia nominal de detección real de dicho objeto. Tenga en cuenta que los sensores específicos de materiales férricos no detectarán hojalata (zinc + cobre), aluminio o cobre, mientras que los sensores específicos de materiales no férricos no detectarán acero ni aleaciones férricas inoxidables.
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Los factores de corrección de la citada lista pueden utilizarse como guía general. Los materiales comunes y su factor de corrección específico aparecen listados en cada página de especificación del producto (Rango de sensibilidad nominal) x (Factor de corrección) = Rango de detección. Factores de corrección Material específico Factor de corrección aproximado Acero templado 1.0 Acero inoxidable 0.85 Latón 0.50 Aluminio 0.45 Cobre 0.40 El tamaño y aspecto de los objetos a detectar también puede afectar a la distancia de detección. Los puntos que a continuación se exponen deben utilizarse como orientación general a la hora de hacer correcciones por tamaño o forma de un objeto: Los objetos planos son más deseables Las formas redondeadas pueden reducir la distancia de detección Los materiales no férricos reducen por lo general la distancia de detección en el caso de sensores para cuerpos metálicos en general Los objetos de menor tamaño que la superficie de detección reducen usualmente la distancia de detección Los objetos mayores que la superficie de detección pueden incrementar la distancia de detección Los cuerpos laminares pueden incrementar la distancia de detección
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Histéresis (recorrido diferencial) La diferencia entre los puntos de activación y relajación de un sensor se denomina histéresis o recorrido diferencial de éste. La distancia entre la posición de un objeto cuando se detecta y la posición del mismo cuando deja de estarlo ha de tenerse en cuenta al elegir la posición, tanto de los objetos a detectar como del sensor. La histéresis es necesaria para evitar fenómenos de rebote u oscilación (conmutación rápida entre estados) cuando el sensor se halla sometido a choques o vibraciones o cuando el objeto a detectar se halla estacionario a la distancia nominal de detección (foto 4). La amplitud de las vibraciones ha de ser menor que el recorrido de histéresis (banda de histéresis) para evitar fenómenos de rebote. Histéresis Dirección del movimiento Interruptor de proximidad Punto de conmutación al alejarse Punto de conmutación al acercarse Distancia de operación
Foto 4
25
CAPITULO 3 DISEÑO, PROGRAMACIÓN PROGRAMACIÓN Y CONSTRUCCIÓN DEL MEDIDOR DE RPM 3.1. Diseño tarjeta principal (fig 9)
FIG 9
26
3.2. Diagrama de flujo
27
D
I A
G
R
I N
C
O
c 3
=
g o t o c u e n t a
l0
=
d o
o o
R
w
n
I
t o f f
c 3
=
0
28
A
D
F IG U R O O A s a lid P T O B e n t r a P T O C s a li d P T O D s a li d T
L e e r
R
b 1
R
=
1
O
b
1
E
F
L U
J O
I O
S
O
N
0
S
g
N
1
I C
M
N
P
R
A
I
P a d a a
U
R
T
O
S
a
g o t o c u e n t a
u p
3.3. Programa a cargarse
__config __config 3939 3939 List
p=16F877
;Tipo de procesador
incl includ udee"P1 "P16F877 F877.I .IN NC"
;De ;Defini finiccione ioness de re registr istroos inte intern rnoos
contador
equ
0x0c ;V ;Variable del co contador
l0
equ
0x20
l1
equ
0x21
l2
equ
0x22
l3
equ
0x23
nlamp
equ
0x24
wtemp
equ
0x25
stat_temp
equ
0x26
N
equ
0x2d
M
equ
0x2e
cont1
equ
0x29
cont2
equ
0x2a
cont3
equ
0x2b
fsr_temp
equ
0x0d
org
0
goto
inicio
org
4
;Vector de Reset
goto IT ;*********************** ;************************************ ************************* ******************* ******* ;BLOQUE DE SUBRUTINAS ;*********************** ;************************************ ************************* ******************* ******* coda odact addw ddwf PCL,1 29
retl retlw w b'0 b'000100 0100000' retlw b'00001000' retlw b'00000100' retlw b'00000010' cod_ss
addwf PCL,1 retlw 0x3f
;"0"
retlw 6
;"1"
;Desplazamiento sobre la tabla
retlw 0x5b ;"2" retlw 0x4f
;"3"
retlw 0x66 ;"4" retlw 0x6d ;"5" retlw 0x7c ;"6" retlw 7
;"7"
retlw 0x7f
;"8"
retlw 0x67 ;"9"
;subrutina de DEMORA paramétrica ;antes de utilizarla deben cargarse los valores de N y M. demora;return movf N,w movwf cont1 movwf cont2 movf M,w movwf cont3 loop
decfsz cont1 goto loop movf N,w movwf cont1 decfsz cont2 goto loop 30
movf N,w movwf cont2 decfsz cont3 goto loop ;fin del proceso, inicia contadores return
;*********************** ;************************************ ************************* ************************** **************** ** ;subrutina de conteo cuenta_up
incf l3 movf l3,w sublw d'10' btfss 3,2 3,2 return
;no incrementar el de al lado
;llego a 10 clrf l3 ;procesa l3 incf l2 movf l2,w sublw d'10' btfss 3,2 3,2 return
;no incrementar el de al lado
;llego a 10 clrf l2 ;procesa l2 incf l1 movf l1,w sublw d'10' btfss 3,2 3,2 return
;no incrementar el de al lado
;llego a 10 clrf l1 ;proceso l1 31
incf l0 movf l0,w sublw d'10' btfss 3,2 3,2 return
;no incrementar el de al lado
;llego a 10 clrf l0 return ;*********************** ;************************************ ************************* ************************** **************** ** ;subrutina de conteo cuenta_dwn
bsf 7,3 movf l3,w btfss 3,2 3,2 goto dec_l3 movlw 9 movwf l3 movf l2,w btfss 3,2 3,2 goto dec_l2 movlw 9 movwf l2 movf l1,w btfss 3,2 3,2 goto dec_l1 movlw 9 movwf l1 movf l0,w btfss 3,2 3,2 goto dec_l0 goto off
dec_l3
decf l3 return 32
dec_l2
decf l2 return
dec_l1
decf l1 return
dec_l0
decf l0 return
off
;0000 bcf 7,3 7,3 return
;*********************** ;************************************ ************************* ************************** **************** ** IT ;respaldo de registros. movwf movwf wtemp ;respaldo ;respaldo ac. swapf 3,w movwf stat_temp movf 4,0 movwf fsr_temp
;respaldo el FSR
;encuesta de banderas. btfss 0x0b 0x0b,2 ,2
;T0IF =? =? 0
goto back
;regresa, la IT fue errada
; ******** ********************* ************************* ************************** **************************** *****************;L ***;L a interrupción es válida y corresponde al timer 0. Comienza entonces el ;proceso de refrescamiento de las lámparas. movlw 0x20 movwf FSR movlw 0xff 33
movwf 5
;apaga lamps (ánodo común).
;*********************** ;************************************ ************************* ************************** **************** ** ;enciende la lámpara que en ese ese momento debe debe refrescarse. movf nlamp,w call co codact
;busca cod de activación
movwf PORTA
;enc lamp correspondiente
;comf PORTA
;quitar en CASO DE CÁT COMÚN
; ******** ********************* ************************* ************************** **************************** *****************;D ***;D espués de encendida la lámpara que debe refrescarse se busca el dato a ;visualizar movf nlamp,w addw addwff FSR FSR,f ,f ;FSR ;FSR = FSR FSR + nla nlamp mp movf IND INDF,w ;mueve el contenid nido de la dire irección ión a la que
;"apunta" el FSR al reg. W.
;*********************** ;************************************ ************************* ************************** **************** ** call cod_ss
;llama a la tabla que decodifica de BCD a 7 ;:segmentos. El dato que está en ;l0, l1, l2 y l3 (en BCD) sirve de índice para la ;tabla. El dato sale de la tabla en 7 segmentos.
;*********************** ;************************************ ************************* ************************** **************** ** movw vwff PORTD ORTD
;dat ;datoo en 7 seg segm al pue puerto rto D (Bus (Bus de Datos) tos)
;comf PO PORTD
;quitar en en CASO DE CÁT COMÚN
;*********************** ;************************************ ************************* ************************** **************** ** 34
;prepara para la próxima vez que se corra esta subrutina. ;La subrutina se corre cada 1ms para refrescar una lámpara. movf nlamp,w sublw 3 btfsc 3,2
;¿Es la la última lámpara? lámpara?
goto last
;Sí, es la última lampara
;no es la última lampara incf nl nlamp
;nlamp = nl nlamp + 1
goto goto back back
;re ;regre gresa de la subr subrut utin inaa de inte interr rrup upci ción ón..
last
clrf nlamp
;comienza nuevamente desde la primera lámpara.
;*********************** ;************************************ ************************* ************************** **************** ** ;este es el bloque de salida de la subrutina de atención a interrupción primero ;deben devolverse los registros respaldados a su origen (Ej: fsr_temp => FSR) back
movf fsr_te fsr_temp,w mp,w movw vwff FSR FSR ;re ;restit stituy uyee FSR swapf stat_temp,w movwf STATUS
;restitu ituye STATUS
swapf wtemp,f swap swapff wtem wtemp, p,w w
;res ;resti titu tuye ye W sin sin afec afecta tarr las las band bander eras as del del STA STATU TUS. S. ;la instrucc instrucción ión "swapf "swapf f ", no afecta afecta el el contenid contenidoo
del STATUS bcf INTCON INTCON,2 ,2
;limpia la la bandera bandera del del timer0 timer0
retfie
;retorno de la subrutina.
;programa principal 35
inicio ;*********************** ;************************************ ************************* ************************** **************** ** ;CONFIGURA LOS REGISTROS DE CONTROL. ;*********************** ;************************************ ************************* ************************** **************** ** clrf
PORTD
;Borra los latch de salida
;limpia buffers clrf l0 clrf l1 clrf l2 clrf l3 bsf 7,3 7,3 bsf
3,5
;Selecciona ;Selecciona banco banco 1
clrf
TRISD
;Puerta D se configura como salida
clrf
TRISA
;Puerto A se configura como salida
movlw movlw b'000 b'0001111 11111' 1' movwf TRISB
;Puerta B se co configura co como en entrada
bcf
;rc3 salida salida
7,3
movlw 7 movwf ADCON1 bcf
3,5
;Selecciona ;Selecciona banco banco 0
clrf
contador
;Puesta a 0 del contador
movlw b'00011111' movwf movwf PORTA PORTA ;inicia parámetros relativos a lamparas 36
movlw 0x20 movwf 4 clrf nlam lamp
;inicia puntero de la RAM (FSR) ;inic inicia ia el el conta ntador de lámpara parass (nl (nlamp) en en
la
;primera (l0) bsf 3,5 3,5 ;*********************** ;************************************* *************************** ********************* ******** ;definición de parámetros para el tmr0 ;pull ups habilitado. movlw 3
;00000011, prescaler k = 3
movwf OPTION_REG ;************************** ;************************************** ************************* ******************** ******* ;habi ;habilit litac ación ión de la inter interru rupc pció iónn del del tmr0 tmr0 y las las inter interrup rupci cion ones es globales ;(GIE = 1, T0IE = 1). movl movlw w b'1 b'101 0100 0000 000' 0' ;101 ;10100 0000 0000 movwf 0x0b
;int del tmr0 habilitada
bcf 3,5 3,5
;banco 0
clrf TMR0
;carga valores de N y M para garantizar la demora deseada. ;pudiera construirse una demora múltiplo de segs para fabricar ;cronómetro. movlw d'128' movwf M movlw d'36' movwf N
37
; Lazo principal again
btfss 6,0 goto up ;rbo = 1, cuenta hacia abajo btfsc 6,1 goto again ;contar movf l3,w btfss 3,2 goto count movf l2,w btfss 3,2 goto count movf l1,w btfss 3,2 goto count movf l0,w btfss 3,2 goto count bcf 7,3 7,3 goto again
count
call cuenta_dwn call demora mora
;Eli ;Elimi mina na rebo rebote tess
goto again up
btfsc 6,1 goto again ;contar call cuenta_up call demora mora
;Eli ;Elimi mina na rebo rebote tess
goto again 38
end
;Fin del programa fuente
3.4. Descripción Funcionamiento Tarjeta Principal A continuación se indica el destino de cada puerto del microcontrolador y su función. El Puerto D esta destinado a la operación de los segmentos de los displays, los mismos que indica el número de revolución realizada. El Puerto A esta destinado a la operación de encendido de los displays, los mismos que facilitan la visualización del valor contado El Puerto B esta destinado para la selección de conteo ascendente o descendente en función del estado de Rb1, si el estado es 1 cuenta de forma ascendente, si el estado es 0 cuenta de forma descendente. El Puerto C esta destinado al control del sistema de molienda en función del estado de Rc3, si el estado es 1 el sistema de molienda ON, si el estado es 0 el sistema de molienda Off (foto 5).
Foto 5
39
3.5. Fuente de Alimentación Para la construcción de la fuente de alimentación del sistema contador de r.p.m. se realizo de la siguiente manera: En este diseño partimos directamente de la tensión alterna de red red
que que es es 110 110 V. par para a lograr una tensión perfectamente estable.
Primeramente, como es lógico, la tensión es reducida hasta una valor manejable por un transformad transformador. or. Luego, Luego, esta tensión tensión alternada alternada de bajo valor es rectificada rectificada por el el puente puente de Graetz Graetz D1, obtenié obteniéndose ndose asi una una señal señal de onda comple completa. ta. Después la señal se filtra por medio de C1 consiguiéndose de esta forma una tensión continua no estabilizada, es decir con ripple, que es inyectada al circuito integrado 7812 con el propósito de tener una tensión regulada de 12 voltios continuos( fig 10).
FIG 10
Voltaje de ingreso Vi
FIG 11
40
SALIDA CONDENSADORES SALIDA PUENTE DE GRAETZ
FIG 12
Representación del voltaje de Salida del puente de Graetz D1 3.6. Conexión de relés. Usua Usualm lmen ente te la bobi bobina na de la mayo mayoría ría de los rele releva vado dore ress pose poseee baja baja impedancia y trabaja a un nivel de voltaje superior al de alimentación del MC. Estas dos razones hacen necesaria la conexión de relés utilizando transistores, que sirven de buffers y acopladores de nivel. En la figura se muestra el acople de un relé a una salida digital empleando un transistor NPN. La activación del relé se produce produce en este caso caso con con un “1” lógico. lógico.
FIG 13
Esquema de conexión para relé.
41
Calculo:
Vce(corte) = Vcc = 12V.
Vcc
12V.
Ic = -------- = ---------- = 164.384 164.384 mA. mA. Rc
0.073K Ω.
Ic
164.384
Ib = --------- = ------------- = 2.28 mA 72
β
Vrc3 – Vbe
5V. – 0.7V.
Rb = ---------------- = --------------- = 1.88K Ω. Ib
2.28mA.
3.7. Conexión de sensores inductivos
42
43
FIG 14
FOTO 6
3.8. Prueba de Laboratorio Se construye una maqueta del sistema de molienda la cual esta coformada por los los siguiente siguientess elementos elementos:: -
carre carrete te plas plastic ticoo el cua cuall repre represe senta nta al al molin molinoo
-
sistem sistemaa de movi movimen mentac tacion ion repre represen sentad tadoo por 2 polea poleass y una una banda banda
-
motor de 1/8 Hp
44
El sistema opera eficientemente, la diferencia con el sistema original es que el motor es activado directamente, en el sistema original el motor es activado a través de un contactor.
FOTO 7
3.9. Instalación y Funcionamiento Se realiza la instalación del medidor de R.P.M. para el control de molienda de esmalte (fotografía 1)
FOTO 8
45
3.10. Conclusiones y Recomendaciones Recomendaciones Con este tipo de control se logro obtener una pasta cerámica mucho más estable ya que el residuo de la pasta cerámica se controla con mayor presicion. Se recomienda adicionar este tipo de control a todos los molinos de la empresa con el fin de dar mayor estabilidad en la preparación de pastas y esmaltes cerámicos.
46
BIBLIOGRAFIA - Boylestad Robert, Teoría de Circuitos, Editorial Prentice may, Sexta Edición 1997 - Duque , Curso Avanzado de Microcontroladores PIC, Editorial CEKIT, Edición 199836+
- F. Singer, Cerámica Industrial, Editorial URMO, Edición 1971 - Ing. Leonel Perez, Curso de Microcontroladores PIC, Edición 2004 - MICROCHIP, Tecnología Microchip, Edición 1999 - SACMI, Tecnología de la fabricación de Azulejos, Editorial IMPIVA, Edición 1986
47