Actividad 6 Sensores PDF

Preview

Summary

Actividad #6: ‘‘Implementación de un actuador adecuado para unsistema mecatrónico’’Sensores y ActuadoresIng. Dante Ferreyra MéndezIntegrantes:Gpo 011 Salón 1303 Hora: VFrecuencia : presencialViernes 8 de Noviembre del 2019MARCO TEÓRICOUniversidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Mecánic...

Description

Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica

Actividad #6: ‘‘Implementación de un actuador adecuado para un sistema mecatrónico’’

Sensores y Actuadores Ing. Dante Ferreyra Méndez

Integrantes:

Gpo 011

Salón 1303 Hora: V6

Frecuencia: presencial

Viernes 8 de Noviembre del 2019

MARCO TEÓRICO

CARGADOR DE BATERIA

El cargador sencillo trabaja haciendo pasar una corriente continua -o tensión, entre otras, por ejemplo, para la tecnología de plomo- constante por la batería que va a ser cargada. El cargador sencillo no modifica su corriente de salida basándose en el tiempo de carga de la batería. Esta sencillez facilita que sea un cargador barato, pero también de baja calidad. Este cargador suele tardar bastante en cargar una batería para evitar daños por sobrecarga. Incluso así, una batería que se mantenga mucho tiempo en un cargador sencillo pierde capacidad de carga y puede llegar a quedar inutilizable. La corriente de salida de un cargador de este tipo se corta tras un tiempo predeterminado. Estos cargadores fueron los más comunes para baterías Ni-Cd de alta capacidad a finales de la década de 1990. (para las pilas de consumo Ni-Cd, de baja capacidad, se suele usar un cargador sencillo). Un cargador rápido puede usar el circuito de control de la propia batería para conseguir una carga rápida de ésta sin dañar los elementos de sus pilas. Muchos de estos cargadores disponen de un ventilador para mantener la temperatura controlada. Suelen actuar como un cargador normal -carga en una noche- si se usan con pilas normales de NiMH, que no tienen un circuito de control. Algunos cargadores usan tecnología de carga por pulsos en la cual se aplica un tren de pulsos de corriente continua a la batería, cuyo tiempo de subida, anchura, frecuencia y amplitud son controlados con gran precisión. Se suele decir que esta tecnología funciona con baterías de cualquier tamaño, voltaje, capacidad o composición química, incluyendo baterías automovilísticas reguladas por válvulas. Empleando la carga por pulsos se pueden aplicar picos de alto voltaje sin sobrecalentar la batería. En una batería de plomo-ácido, esto descompone los cristales de sulfato de plomo, extendiendo la vida útil de la batería.

Para la carga de baterías de plomo y ácido, de las usadas en automóviles, es preciso usar una fuente dotada de características especiales. El circuito propuesto es automático, avisando, mediante el accionamiento de un led o sistema de aviso, que la batería se encuentra cargada. El circuito es para baterías de 12V, pero puede ser modificado fácilmente para operar con otros tipos de baterías.

La tarea de este dispositivo es la de dar una salida constante de 12V, alternando una fuente de alimentación que proporcione esta magnitud y una batería de plomo-acida que tenga dichas características de voltaje de salida. Se le dará preferencia a la batería para que entregue el voltaje, sin embargo, en el momento en el que la batería comience a descargarse y llegue hasta cierto rango de carga, la fuente de alimentación entrara en acción cargando la batería y haciendo que la salida siga constante.

Cargador de batería plomo-acido A los cargadores de batería también se les tiende llamar acumulador, un acumulador: depósitos de corriente continua, que almacenan (proceso de carga)

y

ceden

(descarga)

energía

eléctrica

a

través

de

una

transformación química. El funcionamiento de las baterías está basado en la pila electroquímica. Existen dos electrodos, uno positivo y otro negativo, que al conectarlos formando un circuito cerrado, generan una corriente eléctrica, es decir, los electrones fluyen de manera espontánea de un electrodo a otro. Las baterías están formadas por varios pares de electrodos que se sitúan en compartimentos independientes llamados celdas. En las celdas los electrodos están sumergidos en una disolución que recibe el nombre de electrolito. En las baterías de plomo acido, el electrodo positivo se compone de una placa de plomo recubierta por óxido de plomo (II), PbO2, y el electrodo negativo por plomo esponjoso. Reciben el nombre de baterías de plomo "ácido" porque utilizan como electrolito una disolución de ácido sulfúrico. Elementos: Separadores, impiden el contacto entre las placas positivas y negativas. – Recipientes, contienen todos los elementos citados anteriormente.

Estos elementos se combinan para dar lugar a un acumulador, cuya asociación da lugar a la Batería. Las baterías de tracción son diferentes de las baterías de arranque puesto que estarán solicitadas de forma distinta, esta solicitación es más capacitada y no tan intensa o de choque como las de arranque.

Para prolongar la vida útil de una batería de plomo ácido, ésta debe recargarse periódicamente. Un cargador de batería la recargará lentamente, permitiendo que los electrodos de placa internos se regeneren. Puedes construir un cargador de batería utilizando unos pocos componentes electrónicos. Las baterías (acumuladores) de Plomo Ácido, pueden ser empleadas o destinadas a muchas aplicaciones variadas, podemos encontrar las baterías automotrices, de traccion, estacionarias, para energía solar, para UPS entre otras.

Baterías Automotrices

Destinadas al arranque de automotores. Tienen que ser capaces de descargar el máximo de corriente posible en un corto espacio de tiempo manteniendo un alto voltaje. Tienen que ser capaces de aguantar muchas descargas incluso con cambios fuertes de temperatura. El peso, el diseño y la forma son también características determinantes.

Baterías de Tracción

Es una batería que ha sido diseñada para soportar un alto ciclado. Es decir, una gran secuencia de descargas, seguidas de las correspondientes recargas. Obsérvese que, una batería para uso estacionario, tendrá conectado un cargador (que, a su vez estará conectado a la red pública de alterna) por lo cual su descarga será muy baja. En cambio, una batería que alimenta un vehículo eléctrico, como un auto-elevador eléctrico, todos los días tendrá un ciclo de descarga, mientras la máquina se encuentra trabajando, a lo que seguirá una carga durante el tiempo en que el operador descansa. Es decir, las baterías de tracción están sujetas a una constante y relativamente pequeña descarga, durante largos periodos de tiempo, lo que supone un alto grado de descarga. Hay que procurar recargarlas, preferiblemente de 8 a 16 horas cada día antes de que se vuelvan a descargar. Hoy en día el rango de baterías de tracción es muy diverso. Muchas de las baterías de tracción se han diseñado para aplicaciones especiales y constituye un sistema propio junto con el cargador. El correcto dimensionado de los cargadores de baterías es importante por varias

razones. El tiempo de carga y el diseño específico de la batería determina básicamente el tamaño y el tipo de cargador, es decir el régimen de carga. Para la carga de baterías de plomo ácido se usan cargadores regulados y no regulados. Cargadores con curva característica Wa, Wsa, W0Wa no controlan la corriente de carga. De esta manera, la corriente es susceptible de variaciones en la corriente de entrada (ver el siguiente diagrama). Mientras que cargadores regulados con características I o U si controlan los parámetros indicados.

FUNCIONES DE LA BATERÍA AUTOMOTRIZ. Proporcionar energía al motor (“burro”) de arranque, el sistema de inyección y el sistema de ignición, para encender el motor. Ofrecer energía adicional cuando la demanda eléctrica del vehículo excede la que puede proporcionar el alternador. Proteger el sistema eléctrico, estabilizando la tensión y compensando o reduciendo las variaciones que pu-dieran ocurrir dentro del sistema.

Baterías para Energía Solar y Eólica Almacenan energía eléctrica como resultado de la transformación de la energía solar o eólica.

Baterías Estacionarias

Para usos en comunicaciones, señalamientos, alarmas, iluminación, accionamiento, etc. Las baterías estacionarias están constantemente siendo cargadas y se debe tener cuidado de evitar que se sequen. SEGUIDOR SOLAR

Un seguidor solar es un aparato que se inserta en un conjunto de paneles fotovoltaicos que se orientan hacia el Sol para aprovechar su luz y generar energía. La idea es ser capaces de inclinar los paneles solares en la dirección en la que el Sol se “mueve” durante todo el día y, por lo tanto, durante todo el año conforme cambian las estaciones y el clima. La estrategia más fácil para obtener más energía de un panel solar es que el panel sigue el sol. En realidad, los paneles solares que siguen el sol crean aproximadamente 30% más energía que un panel en una posición inamovible. Con este aumento de energía, Ud. piensa que todas las personas van a hacer un seguidor solar, pero hay algunas razones por qué no es común. Primero, el precio inicial del equipo es más caro a causa de las piezas que mueven. Segundo, hay más mantenimiento. Finalmente, el equipo que mueve necesita energía y va a usar energía del panel solar y disminuir la producción de energía.

Aumenta hasta un 50% el rendimiento de tus paneles fotovoltaicos con un seguidor solar de bajo coste. Incorporar a tus paneles fotovoltaicos un seguidor solar que los oriente según la posición del sol puede aumentar la producción hasta en un 50%.

El uso de seguidores solares puede aumentar la producción de electricidad alrededor de un 30% a 40% en algunas regiones, en comparación con los paneles solares fijos. En cualquier aplicación de energía solar, la eficiencia de la conversión se mejora cuando los módulos se ajustan continuamente según el ángulo del Sol “mientras se mueve en el cielo”. Como mejora la eficiencia, mejora el rendimiento. El uso de seguidores puede hacer una gran diferencia en el ingreso de una gran planta. Por eso, a escala comercial, a las instalaciones solares se les está agregando un seguidor solar.

Este dispositivo denominado “seguidor solar” tiene como finalidad que un panel solar siga el rastro del sol para que siga absorbiendo continuamente

y en su totalidad. Este circuito se realizó dos veces para cubrir tanto el eje x como el eje y, cubrir una alta zona de movimiento. Los seguidores direccionan los paneles o módulos hacia donde se encuentra el Sol. Estos aparatos cambian su orientación durante el día para seguir el camino del Sol y maximizar la energía que se captura. En los sistemas fotovoltaicos, los seguidores ayudan a minimizar el ángulo de incidencia, es decir el ángulo que un rayo de luz crea con una línea perpendicular a la superficie, entre la luz que entra y el panel, el cual incrementa la cantidad de energía que el sistema produce.

Los concentradores solares fotovoltaicos y los colectores de calor están ópticamente diseñados para aceptar directamente la luz del Sol, de esta manera los seguidores solares deben ajustarse correctamente para recolectar energía. Todos los sistemas de concentradores solares cuentan con seguidores para captar más energía solar. Baterías solares Las baterías solares permiten acumular luz durante las horas de luz para utilizarla por la noche. Las baterías acumulan exceso de energía creado por la instalación fotovoltaica y la almacenan para ser utilizada en la noche o cuando no hay otra entrada de energía. Las baterías se pueden descargar rápidamente y producir más corriente de la que la fuente de carga puede

producir por sí misma, por lo que las bombas o motores pueden funcionar de manera intermitente. La capacidad de la batería se mide en amperes-hora: 1 amp entregado durante 1 hora hora = 1-amp La principal función de las baterías solares en un sistema de generación fotovolcaico es acumular la energía que se produce durante las horas de mayor luz para poder utilizarse por la noche o durante prolongados periodos con poca iluminación. Otra importante función de las baterías solares es proveer una intensidad de corriente superior a la que el dispositivo donde se instalan puede generar. Suelen clasificarse en base a la capacidad de almacenamiento de energía que poseen y a su ciclo de vida.

La capacidad de acumular la energía en una batería depende de la velocidad de descarga de la misma, cuanto mayor es el tiempo de descarga, mayor es la cantidad de energía que la batería solar genera. De plomo ácido abiertas o de mínimo mantenimiento Tienen la ventaja de que pueden rellenarse con agua destilada, aunque como desventaja deben tener un mínimo mantenimiento. En las baterías de plomo acido, el electrodo positivo se compone de una placa de plomo recubierta por óxido de plomo (II), PbO2, y el electrodo negativo por plomo esponjoso. Reciben el nombre de baterías de plomo "ácido" porque utilizan como electrolito una disolución de ácido sulfúrico. Control de temperatura Material: Para armar control de temperatura -

1 cargador Bat

-

1 reley (6 pines)

-

3 Block

-

3 resistencias de 1K

-

1 Pot de 10K

-

capacitor 1000 micro F

-

1N5400

-

1 resistencia 220

-

LM741

-

soporte para circuito integrado (8 pines)

-

bateria de 12 volts

-

conector (4 pines)

-

8 Tip 41

-

8 resistencias 220 ohm

-

4 resistencias de 1K ohm

-

4 leds

-

4LM741

-

4 soporte para circuito integrado (8pines)

-

conector (4 pines)

-

conector (2 pines)

-

2 objetos no removibles

Para el seguidor solar -

Placa de aluminio

-

Barra de aluminio

-

Angulo de aluminio

-

Cilindro de acero inoxidable 316

-

Placa de acero inoxidable 316

-

Barra de Nylon 6.6

-

Tornillo 1/2” x 21/2”

-

Pijas 1” de largo

-

Tornillo 7/16” x 21/2”

-

Tuerca 7/16”

-

Rondana de presión 7/16”

-

Rodamiento R10RS

-

Chumacera UCF 3/4”

-

Poleas

-

Correas dentadas

-

Sistema tornillo sin fin-piñón

-

Fotorresistenciass

-

Interruptores fin de carrera

-

Conectores tipo SLIM

-

Resistencias (10K, 1K, 100Ω, 800Ω)

-

Par de motores a pasos

-

ULN2803

-

L298N

-

LM324N

-

Fotodiodo BPW34

-

Diodos Schottky

-

Transistor BC547C

-

Capacitor (220pf, 1nf)

-

Arduino UNO R3

-

Cable

-

Madera

-

Pintura

-

Seguro truack p/exterior 5/8”

3.-Construye Una vez teniendo el material podemos empezar construir nuestras placas, sin embargo, primero veremos a detalle cómo es que esto se lleva a cabo desde que tenemos el PCB sin ninguna guía para colocar los componentes. Y para ello necesitamos materiales externos a los que insertaremos en la placa, por lo que debes tener a la mano: •

1 Plancha

•

1 hoja de papel

•

Cloruro de acido férrico

•

1 Topper

•

Lija de agua

•

Toallas húmedas para electrónicos y/o agua y jabón (opcional)

•

Marcador de tinta permanente (opcional)

•

Estopa (opcional)

Lo primero que tenemos que hacer es limpiar la placa de cobre para que no queden restos de suciedad que puedan impedir que la tinta del press and peel no pase correctamente Una vez hecho esto se deberá colocar el diagrama que se desea transferir a la placa, de manera que la parte más oscura que es en donde se encuentra la tinta, tocara la parte más oscura del PCB. Sobre el press and peel colocaremos una hoja de máquina y procederemos a planchar dicha hoja. Sabremos con más seguridad que lo estamos haciendo bien cuando la hoja comience a quemarse un poco. Después de que la hoja se queme se esperara de 3 a 5 minutos antes de retirar la hoja quemada y el press and peel sin tinta. Si visualizamos que la tinta no ha quedado no ha quedado plasmada donde debería de estar deberemos de delinear las zonas deseadas con un marcador de tinta permanente. Cuando ya tengamos nuestro diagrama pintado sobre la placa procederemos a colocarlas dentro de un topper que nos ayudara a deshacernos del cobre excedente de forma que lo cortaremos para ahorrar material. Una vez dentro las placas, llenaremos con un poco de agua y acido férrico el topper. No existe una medida aproximada ya que depende de la proporción de las placas, pero se coloca lo suficiente para que podamos deshacernos del cobre, pero no demasiado como para dañar la placa. El proceso para que el cobre se retire completamente de las placas dependerá del tamaño de estas, pero podemos ayudar a que su limpieza se apresure, moviendo dentro del topper, las placas o tallando con un fierro (que ya no necesitemos) las áreas de donde lo queramos retirar. Sabremos que este procesa ha terminado cuando él área alrededor de la tinta este

….completamente blanca.

Cuando consigamos esto último debemos lavar las placas con un poco de agua para retirar los restos del ácido. Estando las totalmente libres del ácido, tallaremos las placas con la lija de agua para retirar la tinta. Una vez hechas las guías en nuestras placas debemos agujerarlas en los lugares pertinentes para poder así colocar os componentes. Para poder hacer este paso nosotros mismos debemos conseguir •

Un taladro

•

Una broca de 1/64

Con estos materiales podemos perforar la placa en las áreas que sean necesarias para que quepan cada uno de nuestros componentes. Debemos tomar en cuenta que una broca de 1/64 son muy delgadas y por ende frágiles por lo que debemos tener cuidado en esta parte del proceso de la construcción de nuestro sistema de riego. Para evitar cualquier tipo de accidente, de preferencia, colocaremos placa en una superficie que esté hueca en al área donde vayamos a perforar.

Cuando estén listos los agujeros pondremos finalmente los componentes de nuestro cargador y nuestra estructura.

Para tener un mejor acabado un mayor acabado y seguridad de que en nuestra placa no exista un corto estañaremos en nuestra placa los componentes para conectar aquellos que se necesite puentear. Más aparte conseguiremos que todo aquello que hayamos colocado sobre la placa quede fijo a ella y no se toquen componentes innecesariamente. Circuito de

cargador baterías

El diseño propuesto consiste de un sistema biaxial con giro azimutal y cenital con una base cilíndrica, la cual permita realizar el seguimiento del Sol de forma eficiente, además de ser compacta para evitar la mayor área posible de espacio. En principio, vamos a simular el prototipo, es una forma que he adoptado para evitar el menor número de errores, (aunque muchas veces se cuelan :) ), intenten utilizar otro tipo de materiales si lo creen conveniente, siempre

y

cuando

los

movimientos

permitan ejecutar acordes.

5.1 Base del panel solar Para la sujeción del panel solar se empleará una base formada ...