ANEXO.-DESARROLLO TECNICO DE LA INVESTIGACIÓN INFORME PARCIAL PROYECTO RESUMEN El desarrollo de la tecnología de la electrónica ,de las comunicaciones y de la computación, permite tener aplicaciones en el campo de la instrumentación . En este proyecto se lleva cabo la realización de instrumentos de aplicación industrial los cuales se puedan desplegar utilizando alguno de los puertos de una PC , preferentemente utilizando el puerto USB. INTRODUCCION La medición exacta del pH adquiere una gran importancia en laboratorios químicos, médicos, en la investigación biológica, preparación de alimentos, agricultura, control de calidad industrial, etc. Por lo que se propone como uno de los instrumentos a realizar.El segundo instrumento propuesto es la medición de gasto cuya aplicación industrial es variada tal como el empleo en una torre de destilación. El tercer instrumento permite hacer mediciones de presión en sistemas industriales tal como en aire acondicionado o bien en la misma torre de destilación. Los datos generados por el instrumento se pueden desplegar en PC o bien éstos se pueden procesar para controlar el proceso de medición. Dependiendo de los avances tecnológicos de los sistemas operativos en las computadoras hay que investigar como introducir los datos a los puertos de ésta ;así para Windows 95 y 98 hay instrucciones en C para invocar a los puertos. Cuando salió el Windows 2000 el manejo del puerto paralelo ya no fue tan directo por lo que hay que manejar librerías especiales para poder programar en C o Basic .Las computadoras de la generación actual manejan el sistema operativo Windows XP además de que la mayoría cuenta con solamente el puerto USB. ; por lo que en este proyecto se requiere de su atención. En esta fase del proyecto se utilizan los puertos paralelo, serie y USB para desplegar resultados en la PC. En esta fase del proyecto se hicieron mejoras al medidor de PH, medidor de gasto y al medidor de presión : Se propusieron nuevas alternativas de circuitos electrónicos Se utilizó el puerto paralelo para desplegar en PC Se utilizó el puerto serie para desplegar en PC Se trabajó con un microcontrolador PIC para convertir datos paralelo a serie Y utilizar el puerto serie de la PC y desplegar resultados Se hicieron ensayos para desplegar en PC utilizando el puerto USB METODOS Y MATERIALES El diseño de un instrumento electrónico consiste en un arreglo creativo de circuitos y dispositivos para realizar un propósito específico .Por supuesto que deben cumplirse ciertos requisitos técnicos en la selección e interconexión de cada una de sus partes. Básicamente un instrumento esta compuesto por un transductor, elemento que transfiere parámetro físico a una señal eléctrica, un sección de acondicionador de señal , la cual

prepara y trata la señal analógica para etapas siguientes .Una sección de procesamiento de datos ,la cual se encarga de proporcionar los factores de proporcionalidad y liniarizar si se requiere la señal proveniente del acondicionador .Finalmente se tiene una etapa de salida para mostrar el valor del parámetro en la escala correspondiente ,en esta sección también se puede almacenar la información mediante algún dispositivo de registro, o convertir la señal eléctrica por medio de un transductor inverso en alguna cantidad física que retroalimente al proceso físico medido. El diseñador debe proponer según el proceso que se trate los circuitos de acondicionador de señal y procesamiento de datos , una vez que se tiene el circuito tentativo debe analizarse, refinarse y probarse. Como puede verse esto involucra un proceso interactivo ya que hay que ir haciendo mejoras al instrumento. En el diseño de un instrumento se debe partir de las especificaciones , se debe tener una idea a cuadros del instrumento ,seleccionar el circuito de cada cuadro , obtener los valores correspondientes a las componentes . Si durante el análisis se encuentran errores o desviaciones de las especificaciones preescritas , deberán modificarse los valores de las componentes del circuito y si fuese necesario buscar otro circuito que se aproxime más a la solución del problema .El análisis se repetirá hasta que no exista error , en otras palabras el circuito debe aparecer correcto en el papel, antes de proseguir. Se procede a construir el instrumento para lo cual puede ser en Protoboard en una primera fase , pero si se preveen problemas de ruido por la frecuencia que se está trabajando se debe iniciar con circuito impreso Si se descubre algún problema en la etapa de pruebas , como suele suceder , se tendrán que modificar algunos valores de las componentes y si es preciso desechar el circuito y diseñar uno nuevo. En ocasiones si el instrumento no cumple con las especificaciones deberá considerarse la posibilidad de cambiarlas de manera que estén de acuerdo con el funcionamiento real del aparato . Esto puede deberse a que las especificaciones propuestas inicialmente son demasiado estrictas o están fuera de la realidad y que solo aparecen hasta que el proceso fue terminado .Finalmente el instrumento debe calibrarse contra algún patrón o algún método establecido .De lo descrito se puede observar que se puede repetir el hacer el instrumento tantas veces como el diseñador lo considere necesario, hasta llegar al prototipo deseado. En cuanto a materiales se requieren componentes electrónicos ,.herramienta , substancias buffer para calibrar , licencias sofware, RESULTADOS

MEDIDOR DE PH INTRODUCCIÓN

Muchos procesos químicos son afectados grandemente por pequeños cambios en el grado de acidez o valor de pH.

Algunos ejemplos son: La velocidad de reacciones químicas, el crecimiento de microorganismos, la calidad de depósitos de electro plateado, la calidad de anodinados, la polimerización de hule sintético, el crecimiento de plantas, etc. La medición exacta del pH adquiere una gran importancia en laboratorios químicos, médicos, en la investigación biológica, preparación de alimentos, agricultura, control de calidad industrial, etc. Considerando la gran importancia que representa efectuar mediciones exactas del pH en el trabajo industrial y científico de la época actual; surgió la idea de realizar el presente trabajo consistente en desarrollar un medidor de pH que satisfaga las necesidades de medición para cualquier laboratorio y además que sea portátil para poder utilizarlo también en el campo, como ayuda en agricultura y principalmente en Ecología donde el conocimiento del pH deriva de que proporciona información sobre la concentración de hidrogeniones, lo que permite estimar la cantidad de anhídrido carbónico o de carbonatos disueltos en el agua. DIAGRAMA A BLOQUES En la figura 1 se presenta el diagrama a cuadros del instrumento

Acoplador de impedancias

Filtro Pasa Bajas

Amplificador Transductor

Microcontrolador

AVR AT Mega8

Interfase

Serial Reforzador de Salida

Computadora LCD Figura 1 Diagrama a cuadros del PH MANEJO DE INFORMACIÓN PARA DESPLEGAR EN PC La señal proveniente de los circuitos de procesamiento de señal se convierten a digital y se procesan los datos para convertirlos a serie ,para utilizar el puerto serie de la PC y

mediante un programa en Visual Basic desplegar el resultado. En la Figura 2 se muestra el microcontrolador AVR, el cual envía los datos al conector serie de la PC . El programa que se desarrolló para el desplegado en la PC se muestra a continuación : #include <avr/io.h> #include <avr/signal.h> #include <avr/interrupt.h> uint8void init_USART(void){

_t data;

UBRRL=25; // configurar USART para: UCSRB=(1<<RXEN)|(1<<TXEN)|(1<<RXCIE); // baudrate: 9600 a 4 MHz UCSRC=(1<<URSEL)|(1<<USBS)|(3<<UCSZ0); // 2 stop bits, 8 databits sei(); // sin paridad } void TX_USART(void){ data=data-32; // restar 32 para obtener loop_until_bit_is_set(UCSRA,UDRE); // valor ASCII en mayúscula UDR=data; // enviar dato } SIGNAL(SIG_UART_RECV){ // Interrupción de recepción USART data=UDR; // leer dato recibido TX_USART(); // función de envío de dato } int main(){ init_USART(); while(1){ } }

Figura 2 microcontrolador AVR. Interfaz serial

Resultados

Para el medidor de pH se procedió a aplicar voltajes directos a la entrada, equivalentes a unidades de pH verificando que la lectura a la salida del medidor fuera la correspondiente al voltaje, para toda la escala de pH. Posteriormente, se realizaron pruebas con electrodos y sustancias de valores de pH conocidos ratificando el funcionamiento correcto del medidor. Ya verificando el medidor, se procedió a si interconexión con el sistema digital para realizar pruebas de medición, repitiendo nuevamente con voltajes directos a la entrada del medidor, y con los electrodos y sustancias “buffer” ratificando la correcta exhibición de los valores. VOLTAJE DE SALIDA DEL MEDIDOR DE PH(VOLTS)

VOLTAJE DE ENTRADA AL MEDIDOR DE pH(mV) TEÓRICO EXPERIMENTAL

UNIDADE EQUIVALENTES DE pH

420 0 0.0044 0 360 0.286 0.29 1 300 0.572 0.563 2 240 0.858 0.858 3 180 1.144 1.142 4 120 1.43 1.442 5 60 1.716 1.729 6 0 2 2 7

-60 2.288 2.28 8 -120 2.574 2.57 9 -180 2.86 2.85 10 -240 3.146 3.14 11 -300 3.432 3.43 12 -360 3.718 3.71 13 -420 4 4 14

Grafica de Salida

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Unidad de pH

Volta

je e

xprim

enta

l

Grafica de voltaje Experimental contra el valor de unidad de pH Calibración Una vez validado el correcto funcionamiento de la medición del sistema MD, se procedió a realizar la calibración del sistema utilizando el programa diseñado para calibrar el instrumento obteniendo los siguientes resultados.

Sustancia Buffer pH

Medidos mV MedidospH = 4.00 3.99 180 pH = 7.00 7 0 pH = 3.00 2.96 244

Los resultados que se muestran son lo que en promedio se obtuvieron en la realización de diversas pruebas con diferentes electrodos. CONCLUSONES El medidor obtenido cumple en gran parte de los requisitos y requerimientos planteados para la utilización y óptimo funcionamiento del instrumento para que pueda laborar en la industria como en la agricultura o cualquier otro ramo que requiera un medidor de pH con un tiempo de medición de un minuto por medición.

MEDIDOR DE GASTO

INTRODUCCION

El objetivo de la realización de este proyecto de investigación, es el diseño de

un prototipo capaz de medir el gasto dentro de una torre destiladora que se

encuentra dentro del área de laboratorios pesados de la escuela superior de

ingeniería química del instituto politécnico nacional.

La torre prototipo consta de un deposito inferior donde se concentra la

mezcla a destilar, utilizaremos solo agua como mezcla. También dentro de este

deposito se encuentra una bomba de agua la cual simularía la evaporación de

la mezcla, esta bombeará agua que pasará a través de una válvula controlada

por un motor de DC que mediante pulsos de voltaje positivos y negativos cse

controla el flujo de agua, estos pulsos se envian automáticamente,

dependiendo del nivel que se encuentre en un depósito superior. Para que

luego así el flujo pase a la siguiente etapa donde se mide el gasto, mediante un

transductor de gasto (que es un turbina), el encoder de la turbina nos da un

resultado en frecuencia, esta frecuencia es convertida en voltaje que a su vez

es convertida de una señal analógica a una digital para poder desplegar el

resultado en un desplegado de de 7 segmentos con 3 ½ dígitos. Regresando al

flujo, la siguiente etapa consta de un depósito superior el cual mantiene un

nivel necesario constante, para ello el depósito consta de dos sensores de nivel

(limite superior e inferior) y una válvula de desagüe hacia el depósito inferior.

La válvula actuara dependiendo del flujo de entrada y se abrirá o cerrara

manualmente para mantener el nivel requerido. El flujo que llega a este

depósito, es el mismo flujo que pasa a través de la primera válvula, a través de

transductor de gasto, y es el gasto que se denomina gasto del residuo, o sea,

el gasto de la sustancia destilada y el cual es desplegado en PC.

DIAGRAMA A CUADROS

MODELO A ESCALA

DESPLEGADO EN PC En este prototipo se utilizó el puerto paralelo de la PC. El programa para mostrar el resultado se llevó a cabo en lenguaje C RESULTADOS Debido a que no se tiene un patrón de caudal se aplica la definición de gasto para ir comparando los valores. El error obtenido es de 1% CONCLUSIONES Se obtuvo un modelo a escala que simula un sistema de caudal al cual se le mide gasto y se controla el nivel durante el proceso MEDIDOR DE PRESIÓN En este instrumento la mejora consistió en desplegar mediante una PC , en la circutería hubo ajuste de componentes . Los ensayos fueron utilizando los puertos paralelo y serie .

ENSAYOS UTILIZANDO EL PUERTO USB El manejo del puerto USB para el procesamiento de datos provenientes de un proceso de medición y desplegar resultados o controlarlos utilizando Visual Basic y sistema operativo Windows XP se realiza mediante una librería que se vende muy cara, lo anterior ha dado lugar a que se buscará otro camino, en el cual es el empleo de un microcontrolador PIC con salida USB tal como el 18F4550 el cual se conecta al puerto USB y se hace una emulación RS-232 sobre USB (Figura 1); se hizo un programa para tal efecto.

igura 1 . Comparación entre la comunicación RS-232 tradicional y la emulación

hora se puede emplear el Visual Basic para programar y obtener el resultado en la

PACTO

n la obtención de los prototipos planteados se obtiene la alternativa de dar soluciones

Fusando RS-232 sobre USB. Apantalla de la PC. IM Eal sector productivo de bienes y servicios. En el sector educativo se tiene la experiencia para impartir mejores cursos .