Resumen por medio de un dispositivo electrónico, en el que se apliquen los conocimientos adquiridos en clase y en las demás áreas de aprendizaje, se pretende medir una magnitud termodinámica tal como lo es la temperatura,
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Proyecto TWID - Fundamentos de Electricidad y Magnetismo 2011-I  Universidad Nacional de Colombia Facultad de ciencias. Departamento de Física Fundamentos de Electricidad y Magnetismo Profesor: Jaime Villalobos Velasco SENSOR DE TEMPERATURA, DIRECCIÓN Y VELOCIDAD DEL VIENTO, INTENSIDAD LUMÍNICA Y HUMEDAD DEL AIRE TWID Integrantes Edna Molina Bacca 02244979-Ingeniería Química Sergio Martín Martín 02285794-Ingeniería Mecatrónica Joan Camilo Poveda Fajardo 02285800-Ingeniería Mecatrónica Francisco Javier Alfonso Cárdenas 02285808-Ingeniería Mecatrónica Miguel Ángel Zamora Mora 02285816-Ingeniería Mecatrónica MARZO-2011 RESUMEN Por medio de un dispositivo electrónico, en el que se apliquen los conocimientos adquiridos en clase y en las demás áreas de aprendizaje, se pretende medir una magnitud termodinámica tal como lo es la temperatura, consecuencia de la actividad solar y su impacto en el ambiente, además medir la dirección relativa del viento y su velocidad y la intensidad lumínica. Los datos obtenidos de temperatura, serán guardados en un medio electrónico (computador) haciendo uso de una plataforma de hardware libre (Arduino), para posteriormente, enviar dichas mediciones vía internet a una base de datos mayor. El proyecto es atractivo por muchas razones, entre ellas, poder acercarnos al área investigativa desde pregrado y de esta manera ganar experiencia en dicha área, además, aunque el sol es el principal motor de vida y energía en nuestro planeta, hemos perdido la capacidad de sorpresa en cuanto a su comportamiento, ya que en nuestro diario vivir, pareciera que los fenómenos internos que ocurren en él, no nos afectaran en lo absoluto, y este proyecto es una gran oportunidad para desvirtuar dicha concepción. De igual manera, el diseño del circuito de medición del viento y demás variables tales como su velocidad y la intensidad lumínica, fue ideado por integrantes del grupo, lo que genera autonomía e innovación, tan necesarias en el ámbito laboral. Detalles de Operación Temperatura Se utilizara un sensor de temperatura muy preciso llamado LM 35 el cual nos provee de precisión calibrada de 1ºC y un rango que abarca desde -55º a +150ºC , sus principales características son:
Se empleara el siguiente montaje de este sensor y el voltaje Vo, será el que se entregara como señal análoga al Arduino desde el cual se procesara y enviara al computador, para el montaje usaremos el encapsulado del lm 35 TO-92, cuya similitud con el encapsulado del transistor ayudaría al manejo del mismo.   Se trabajara al mismo tiempo dos sensores de temperatura uno midiendo la temperatura ambiente y otro midiendo la temperatura del interior donde se lleva a cabo el experimento. Dirección del viento Para la dirección del viento se diseño un sensor bastante práctico y que nos permite conocer con bastante precisión la dirección en la que sopla el viento. C  onsiste en una veleta que encausa a un potenciómetro (Resistencia Variable) alimentado por una fuente de voltaje constante lo que genera una diferente caída de potencial dependiendo de la resistencia a la que la veleta encause el potenciómetro, a cada una de estos voltajes les asignamos un grado respectivo. Se usara un potenciómetro lineal (en el cual la resistencia es proporcional al ángulo de giro), y una veleta que se encarga de encausar el viento y cambiar la resistencia en el potenciómetro.  El circuito es bastante sencillo y el único inconveniente se presenta debido a que los potenciómetros comunes no tienen un rango de 360º de resistencia asignados, por lo cual usamos un rango de grados, el cual nos permita no depender de esos 15º (aproximadamente) a los que el potenciómetro no tiene asignados una resistencia. H  umedad del ambienteVamos a medir la humedad relativa del ambiente, Por humedad relativa referimos al cociente del vapor de agua actualmente presente en el aire y a la máxima masa posible del vapor de agua en el aire. La humedad relativa se expresa generalmente como porcentaje.  Para esta medición se empleara un sensor de humedad relativa HS1100, el cual está basado en una célula capacitiva, el cual es un capacitor variable respecto a la humedad del ambiente, el cual se usara en el siguiente circuito, el cual representa un típico multi-vibrador estable para un 555, lo que genera el capacitor es variar la frecuencia dependiendo de la humedad que presente el ambiente en el datasheet de el elemento encontramos la grafica de cambio de la capacitancia respecto a humedad, la cual es casi lineal.  Aprovechando este cambio lineal en la respuesta del capacitor, significara un aumento en la frecuencia del multi-vibrador, por lo cual podemos asignar valores aproximados a la humedad relativa del ambiente dependiendo de la frecuencia observada en el circuito, y tomando como referencia el Vout mostrado en el circuito podremos también tener una variación del voltaje en cada oscilación dependiente de la humedad.  Intensidad lumínica Para medir la intensidad se bastante común el uso de un foto-resistor o foto celda que consiste en una resistencia que varia su valor de acuerdo a la cantidad de luz incandescente que reciba en su superficie. La LDR (Light Dependen Resistor) o resistencia dependiente de la luz, como su propio nombre indica, es una resistencia que varía su valor en función de la luz que incide sobre su superficie. Mientras mayor sea la intensidad de luz que incida en su superficie, menor será su resistencia y a menor luz incidiendo mayor será su resistencia. La forma externa puede variar, ya que este modelo, en concreto, no es muy común Usos: Las LDR se usan para detectar niveles de luz ambiente o seguimiento de luces o linternas, así pues podemos crear un seguidor de luz con varias LDR dispuestas alrededor del robot y hacer que este siga una luz directa que le enfoque, también pueden usarse para encender los focos o luces de balizamiento del robot en ausencia de luz o en nuestro caso se usara para medir la intensidad lumínica del ambiente y guardarla en una base de datos para hacer un seguimiento de ésta durante todo el día. A continuación se muestra una imagen con su representación simbólica y una grafica con la función que relaciona la intensidad lumínica y el valor de la resistencia del LDR.  El montaje se realizará en una protoboard y va a tener un esquema similar al mostrado en la siguiente figura  El circuito se alimentará con una fuente de tensión DC, de valor constante, luego se colocará en serie el LCR que nos dará un valor para la resistencia del circuito, enseguida se hará una medición de la corriente que variará según el valor de resistencia que entregue el LCR y al mismo tiempo de la intensidad lumínica del ambiente, esta corriente será medida cada cierto intervalo de tiempo y será enviada al Arduino que la convertirá en una señal digital para posteriormente almacenarla en un computador y ser analizada. Velocidad del viento P  ara medir la velocidad del viento se utilizará un modelo de anemómetro que utiliza un generador como se explica a continuación:La hélice está acoplada a un pequeño generador eléctrico, cuyo voltaje es proporcional a la velocidad de rotación de la hélice y por consiguiente a la velocidad del viento. Este voltaje se mide en un voltímetro cuya escala se calibrará a la velocidad del viento por lo que se podrá saber su valor en todo momento. Este tipo de anemómetro tiene diferentes ventajas como su precisión y la toma de datos a distancia, con solo conducir los cables apropiados hasta el lugar donde se coloque el voltímetro indicador. Ahora para nuestro montaje se va a utilizar el mismo concepto anterior, solo que el voltaje va a ser enviado al Arduino para que lo convierta en un dato digital y pueda ser analizado por la computadora. Diagrama de Bloques  Aplicación en la Ingeniería Química Teniendo en cuenta que nuestro planeta es un sistema termodinámico, se puede evidenciar que interacciona de manera directa con la estrella más cercana, el sol; siendo éste la principal fuente de energía que sustenta la vida y demás procesos internos de la tierra. Gracias a dicha interacción se puede decir que la tierra no es un sistema cerrado, no es adiabático, isotérmico, en general no es estático, ya que constantemente está cambiando, consecuencia de diferentes fenómenos como la misma entropía, intercambio de energía, entre otros. Teniendo en cuenta que la temperatura absoluta (grados Kelvin y Rankine), es una magnitud termodinámica, hacer una medición de esta se puede observar directamente del comportamiento del aire como una mezcla de sustancias (mayoritariamente en estado gaseoso) que se encuentra a una presión constante (Presión de aire sobre Bogotá). Dicho lo anterior este proyecto tiene múltiples aplicaciones en la ingeniería química, sin embargo, su relación con la termodinámica es mucho más que evidente. Aplicación a la Ing. Mecatrónica Nuestra carrera está enfocada hacia el control y modelamiento de fenómenos de la naturaleza, en el proyecto aplicamos ciertos conocimientos acerca de sensores que transforman la información del medio a datos digitales que se pueden manejar y estudiar, por lo tanto la programación y tratamiento de las señales es abarcado por nuestras áreas de conocimiento Infografía
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