Resumen El presente proyecto surge como una necesidad de aplicar los conceptos aprendidos en la materia de Electricidad y Magnetismo, así mismo busca que el estudiantado puede desarrollar la capacidad de aplicar este proyecto a otras aéreas de la ingeniería para su vida profesional.




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títuloResumen El presente proyecto surge como una necesidad de aplicar los conceptos aprendidos en la materia de Electricidad y Magnetismo, así mismo busca que el estudiantado puede desarrollar la capacidad de aplicar este proyecto a otras aéreas de la ingeniería para su vida profesional.
fecha de publicación20.12.2015
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tipoResumen
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Sensor de Temperatura

Bernal A .a, Cortes L .b, Suárez C .c, Yepes J d, Zorro D .e,

Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional, Bogotá, COL

Martes, 19 de junio del 2012

Resumen El presente proyecto surge como una necesidad de aplicar los conceptos aprendidos en la materia de Electricidad y Magnetismo, así mismo busca que el estudiantado puede desarrollar la capacidad de aplicar este proyecto a otras aéreas de la ingeniería para su vida profesional. Este propósito  surge como propuesta del director de curso Jaime Villalobos, el que también acompaña el proceso de realización. El objetivo principal es crear un dispositivo que mida de forma correcta la temperatura, y que al mismo tiempo se pueda llevar a cabo en cualquier parte para poderlos difundir, y de esta manera crear una red de medidores de temperatura. 

Introducción


La vida diaria de hombre desde sus inicios se ha visto afectada por los diferentes fenómenos naturales; lluvias, sequias, fuertes vientos, altura, temperatura y demás,… todo esto es capaz de determinar el desarrollo de las sociedades, y sus futuras proyecciones. es por ello de vital importancia cuantificar, analizar y establecer una base de datos de dichos fenómenos que le permita al hombre un mejor adelanto en sus actividades. Este proceso de medición se debe realizar con la mayor precisión posible, a demás debe tener la capacidad de que los valores obtenidos se puedan difundir.

Para este proyecto se desarrollo específicamente un modelo con fundamentaciones en electricidad y magnetismo, el cual permite la medición de la temperatura en las diferentes escalas de medición que el hombre ya ha establecido, otro elemento que compone este proyecto es que los datos se irán guardando, y se proyectaran por medio de una grafica.
Objetivos
Objetivo General:
Construir un dispositivo idóneo capaz de medir la temperatura ambiente en un sitio determinado, mediante el uso de conceptos de resistencia………

Objetivos Específicos:

  • Analizar las variaciones de temperatura relacionadas con los cambios del campo eléctrico.

  • Desarrollar un proyecto de investigación que permita integrar todas las disciplinas fundamentales de las ingenierías.

  • Relacionar la metrología con los datos adquiridos por medio del dispositivo.

Marco Teórico

  • La Temperatura: es una magnitud referida a las nociones de calor o frío, se entiende que un objeto más "caliente" tendrá una mayor temperatura. En un concepto más apropiado científicamente, la temperatura es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico. Esta energía está asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea de tipo; traslacional, rotacional, o vibracional. A medida que es mayor la energía interna de un sistema se observa que está más "caliente" por ende su temperatura es mayor.

En el desarrollo de técnicas que midan la temperatura se ha dado un proceso histórico arduo y extensivo, debido a la necesidad de relacionar la idea intuitiva de calor y frio, con un valor numérico, se han propuesto diferentes escalas de medición de la temperatura.

Tabla N° 1

Relación de las escalas de medición




Kelvin

Grado Celsius

Grado Fahrenheit

Rankine

Kelvin














Grado Celsius














Grado Fahrenheit














Rankine














Tomado de:

Aspectos Experimentales


Materiales

  • Arduino Uno

El Uno Arduino es una placa electrónica basada en el ATmega328. Cuenta con 14 entradas digitales / salidas (de los cuales 6 pueden ser utilizados como salidas PWM), 6 entradas analógicas, un oscilador de cristal de 16 MHz, una conexión USB, un conector de alimentación, una cabecera ICSP, y un botón de reinicio. Contiene todo lo necesario para apoyar la micro, basta con conectarlo a un ordenador con un cable USB o el poder con un adaptador AC-DC o batería para empezar.



Imagen 2. Placa Arduino

“Uno” significa uno en italiano y se llama con motivo de la próxima versión de Arduino 1.0. El Uno y la versión 1.0 será la versión de referencia de Arduino, de seguir adelante. El Uno es el último de una serie de USB de la placa Arduino, y el modelo de referencia para la plataforma Arduino, una comparación con las versiones anteriores.

Tabla N° 2

Características de Placa Arduino Uno


Microcontrolador

ATmega328

Voltaje de operación

5V

Voltaje de Entrada (recomendado)

7-12V

Voltaje de Entrada (límites)

6-20V

Digital pines I / O

14 (6 de las cuales proporcionan una salida PWM)

Pines de entrada analógica

6

Corriente DC por I / O Pin

40 mA

Corriente continua de 3,3 V Pin

50 mA

Memoria Flash

32 KB ( ATmega328 ) de los cuales 0,5 KB utilizado por gestor de arranque

SRAM

2 KB ( ATmega328 )

EEPROM

1 KB ( ATmega328 )

Velocidad de reloj

16 MHz



  • Sensor de voltaje LM35

Este sensor tiene una salida de 10 mV por cada grado centígrado con un comportamiento muy lineal. El rango de trabajo de este sensor va de -55 ºC a +150 ºC.

Este sensor de voltaje es más sencillo de implementar que la NTC en cuanto a software debido a su respuesta lineal, pero antes de llegar a crear el programa, se debe conectar el sensor que es donde puede dar más problemas.





  • Factor de escala : 10mV/ºC ( garantizado entre 9,8 y 10,2mV/ºC)

  • Rango de utilización : -55ºC < T < 150ºC

  • Precisión de : ~1,5ºC

  • No linealidad : ~0,5ºC

Su tensión de salida es proporcional ala temperatura, en la escala Celsius. No necesita calibración externa y es de bajo costo. Funciona en el rango de alimentación comprendido entre 4 y 30 voltios.

Como ventaja adicional, el LM35 no requiere de circuitos adicionales para su calibración externa cuando se desea obtener una precisión del orden de ±0.25 ºC a temperatura ambiente, y ±0.75 ºC en un rango de temperatura desde 55 a 150 ºC.

La baja impedancia de salida, su salida lineal y su precisa calibración inherente hace posible una fácil instalación en un circuito de control. Debido a su baja corriente de alimentación (60uA), se produce un efecto de autocalentamiento reducido, menos de 0.1 ºC en situación de aire estacionario.

          • Computador

Para ejecutar la aplicación se necesita un PC con un sistema operativo Windows con el .Net Framework 4 instalado, este se puede conseguir desde la siguiente pagina: http://www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=17718

          • Cable USB tipo AB

Este es un cable común tipo A/B macho. Compatible con las tarjetas USB que requieran este tipo de conector. Se pueden conseguir en color blanco y negro y su dimensión es de 1,6 m.

Procedimiento

  1. Construcción del sensor:

El sensor consta de una placa Arduino UNO y 3 sensores LM35. Los tres sensores están colocados sobre una placa de circuitos universales conocida como baquela y están conectados a la placa Arduino de la siguiente forma:

  • Las entradas Vcc de los sensores conectados al pin de 3.3V de la placa.

  • Las salidas GND de los sensores conectados al pin GND de la placa.

  • El pin de 3.3V de la placa conectado al pin AREF de la entrada digital de la placa.

  • Las salidas Vout de los sensores conectados a los pines 0, 1 y 2 de la entrada analógica de la placa.

  • Cable USB para conectar la placa con el PC.



  1. Construcción del software:

Para la construcción del software que nos va a mostrar las lecturas proporcionadas por los sensores necesitamos las siguientes herramientas:

    1. Controladores de la placa Arduino para poder utilizarla desde el PC y el entorno de desarrollo para poder programarla. Estas dos herramientas las podemos conseguir en la siguiente dirección: http://arduino.googlecode.com/files/arduino-1.0.1-windows.zip

    2. Microsoft Visual Studio 2010 para programar la aplicación que nos va a mostrar los datos.

Luego de obtenidas las herramientas procedemos a la construcción de la aplicación siguiendo los siguientes pasos:

  1. Conectamos la placa al PC por medio del cable USB.

  2. Instalamos los controladores de la placa en el PC. Para obtener información mas detallada sobre como instalar los controladores por favor visitar la siguiente pagina (Ingles): http://arduino.cc/it/Guide/Windows

  3. Cargamos el programa creado a través del software Arduino dentro de la placa. El código fuente del programa se encuentra en el anexo A.

  4. Creamos la aplicación que nos va a mostrar toda la información obtenida a través del Arduino. Esta aplicación esta desarrollada sobre el lenguaje C# por medio del entorno de desarrollo Visual Studio 2010 de Microsoft para poder tener acceso a los puertos de comunicación serial del PC.



La aplicación consta de tres paneles:

  • El primero para la selección de la escala de temperatura, donde podemos elegir si queremos ver la información en grados Kelvin, Fahrenheit, Rankine o Celsius



  • El segundo para mostrar las lecturas de temperatura para la ciudad de Bogotá obtenidas a través de internet por medio de la Weather API de Google, muestra la temperatura máxima, la temperatura mínima y la temperatura promedio en la ciudad para el día en curso según el pronostico del clima.



  • El último se muestran las últimas 30 lecturas del sensor en una grafica donde también se pueden ver la temperatura máxima y mínima del pronóstico del clima.



La aplicación se encuentra disponible en la siguiente página: https://www.dropbox.com/s/uzzxxl613oehcfi/Arduino.exe

RECOMENDACIONES:

  • El Arduino debe quedar instalado en el puerto “COM3” del PC para que la aplicación funcione.


Aplicaciones




  • En la ingenieria quimica, los sensores son utilizados para el control de variables como temperatura, presion, humedad, caudal, etc de los diferentes equipos (intercambiadores de calor, valvulas, compresores, mezcladores, etc.) en el proceso quimico de una planta.

  • En la ingenieria de sistemas los sensores termicos son utilizados principalmente en los datacenters para controlar las temperaturas del recinto y asi evitar sobrecalentamientos de los servidores para que tengan un optimo rendimiento y un optimo consumo de energia.

  • En la Agricultura la temperatura determina directamente calidad y el éxito de una producción. Con el desarrollo del sensor de temperatura propuesto, se pueden correlacionar otros elementos que afecten el cultivo, de esta forma se generara un mecanismos de control y análisis que permite una optimización en los procesos agrarios. Es el caso de los siguientes elementos:

    • Determinar el cultivo: A partir del sensor de temperatura, sería viable tener un promedio meteorológico de la zona de producción, siendo este un factor importante en la elección del cultivo. Ya que no todos se dan en las mismas condiciones.

    • Activación de sistemas de riego: Los sistemas de riego son importantes en la actualidad, porque permiten generar ambientes controlados para los cultivos, siendo activados en las horas o en los momentos donde el sensor de temperatura detecte cambios importantes que afecten las condiciones ideales de la producción.

    • Control de plagas: El clima determina las plagas que puedan afectar el cultivo, teniendo un sensor de temperatura sabremos a que plagas el cultivo será más vulnerable y tendremos un objetivo claro a atacar.

Conclusiones





  • El desarrollo de programas de investigación llegan a ser valiosos no sólo por su contenido sino por ser mediáticos, una forma de hacerlo es logrando la vinculación de población que necesite un acercamiento más profunda lo que es realizar una investigación para su integro desarrollo académico.




  • El desarrollo del sensor de temperatura resulta un proyecto interesante por el grado de dificultad que este requiere y las grandes aplicaciones que este puede presentar, sin mencionar que el sistema implementado es posible agregar cualquier otro tipo de sensor de cualquier otro factor físico, lo cual resulta muy práctico.

Bibliografía



[1] Serway, R. A. (s.f). Electricidad y Magnetismo 3ra edición. México: Mc Graw-Hill.

[2] Mosca, T. (2003). Física para la Ciencia y la Tecnología Vol.2 Electricidad y Magnetismo. Barcelona, España: Reverté.

[3] AJBDsoft. ( 2012). AJBDsoft. Recuperado el 9 de Enero del 2012, de http://www.ajpdsoft.com/modules.php?name=News&file=article&sid=572

[4] Cuartielles, D. (24 de 09 de 2011). ARDUINO. Recuperado el 10 de Enero de 2012, de http://arduino.cc/en/Main/Software

[5] Cuartielles, D. (24 de 09 de 2011). ARDUINO. Recuperado el 10 de Enero de 2012, de http://arduino.cc/en/Guide/HomePage

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