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I
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN DISPOSITIVO SENSORIAL DE
MOVIMIENTO AUTOMATIZADO PARA EL AHORRO DE ENERGIA
EN EL LABORATORIO DE PLC DE PROCESOS INDUSTRIALES,
EN EL INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SOLEDAD ATLÁNTICO -
ITSA
YEISON JOSÉ ANAYA HERRERA
SAMUEL ANTONIO MARIMÓN DÍAZ
JAIRO DAVID MARTÍNEZ VILLAMIZAR
INSTITUTO TECNOLÁGICO DE SOLEDAD ATLÁNTICO – ITSA
ESCUELA DE PROCESOS INDUSTRIALES
GESTIÓN DE MANTENIMIENTO ELECTROMECÁNICO
SOLEDAD
2012
I
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN DISPOSITIVO SENSORIAL DE
MOVIMIENTO AUTOMATIZADO PARA EL AHORRO DE ENERGIA
EN EL LABORATORIO DE PLC DE PROCESOS INDUSTRIALES,
EN EL INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SOLEDAD ATLÁNTICO -
ITSA
YEISON JOSÉ ANAYA HERRERA
SAMUEL ANTONIO MARIMÓN DÍAZ
JAIRO DAVID MARTÍNEZ VILLAMIZAR
Trabajo presentado para optar una nota formativa en la asignatura
de PROYECTO INTEGRDOR III, a la Espec. Lesbia Donado M.
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SOLEDAD ATLÁNTICO - ITSA
ESCUELA DE PROCESOS INDUSTRIALES
GESTIÓN DE MANTENIMIENTO ELECTROMEÁNICO
SOLEDAD
2012
I
SELECCIÓN TEMATICA
AREA DISCIPLINAR: Gestión en Mantenimiento Electromecánico
AREA TEMATICA: Domótica, Circuitos Eléctrico, Hidráulica
TEMA: Dispositivo de Sensorial de Movimiento
TITULO: Diseño y construcción de un dispositivo sensorial de movimiento
automatizado para el ahorro de energía en el laboratorio de PLC de procesos
industriales, en el Instituto Tecnológico de Soledad Atlántico - ITSA, en el 2012.
I
DEDICATORIA
Los autores dedican este trabajo a:
Es importante decir que este proyecto va dedicado primero que todo a Dios padre,
por brindarme sabiduría para discernir las actividad que emprendía cada día. A
nuestros padres, amigos que siempre han estado ahí aunque no sea en cuerpo
presente en todo momento nos han apoyado. A todas aquellas personas que poco
a poco o mucho siempre apoyaron este trabajo para que el resultado sea un buen
proyecto.
Yeison José Dedicamos este proyecto a todas aquellas personas que tomaron una parte de su
vida para dejar un mensaje, puro e importante para la vida de todos nosotros,
plasmados para que ahora el mundo entero conozca mediante sus escritos. A
nuestros profesores del Instituto Tecnológico De Soledad Atlántico- ITSA., que en
todo momento nos apoyaron y aportaron un granito de arena para que ahora el
desarrollar este proyecto se toda una realidad.
Samuel Antonio
Este trabajo que gracias a nuestras madre, quienes han sido unas granes
personas en nuestras vida, va dedicado a nuestras familia por su apoyo
incondicional ante todo en las buenas y en las malas.
Jairo David
I
AGRADECIMIENTO
Los autores agradecen este trabajo a:
Ing. Rubén Guerra Rodríguez docente del Instituto Tecnológico de Soledad
Atlántico - ITSA, por su motivación y ayuda con sus conocimientos a elegir y
modificar todo lo que fue la inicialización del anteproyecto.
Freddy Herrera Rosis, Tecnólogo Eléctrico Mecánico y técnico en soldadura
industrial De la empresa eléctricaribe, dado que durante el proceso de prácticas
investigativas, siempre estuvo guiándome e infundiendo conocimientos para que
de este modo pudiese encontrar una solución a la problemática de la iluminación
del conjunto en el que vive.
Lic. Lesbia Donado, docente catedrático del Instituto Tecnológico de Soledad
Atlántico – ITSA, por los saberes infundidos, las verificaciones y correcciones del
proyecto para que este fuese finalizado con éxito en el transcurso de todo el
cuatrimestre y además gracias por soportarnos durante todo este tiempo.
I
CONTENIDO
pág.
SELECCIÓN TEMATICA.....................................................................................................III
INTRODUCCIÓN..................................................................................................................1
0.ANTEPROYECTO.............................................................................................................2
0.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA.................................................................................20.1.1 Formulación del problema........................................................................................3Por consiguiente.................................................................................................................30.1.2 Sistematización..........................................................................................................30.2 JUSTIFICACIÓN.............................................................................................................40.2.1JUSTIFICACIÓN TEÓRICA.........................................................................................40.2.2 JUSTIFICACIÓN METODOLÓGICA...........................................................................50.2.3 JUSTIFICACIÓN PRACTICA......................................................................................50.3 IDENTIFICACION DEL OBJETIVO DE LA INVESTIGACION......................................50.4 IDENTIFICACION DEL CAMPO ESPECÍFICO DE LA INVESTIGACION....................50.5 FORMULACION DEL OBJETIVO DE INVESTIGACION..............................................60.5.1 Objetivo General........................................................................................................60.5.2 Objetivos Específicos................................................................................................60.6 HIPÓTESIS.....................................................................................................................60.7 ESTADO DEL ARTE......................................................................................................70.8 MARCO TEÒRICO.........................................................................................................9Fuente:...............................................................................................................................150.8.1 Marco conceptual.....................................................................................................150.9 MODELO CUÁNTICO..................................................................................................170.9.1 Etapa 1. Diseño del circuito de control..................................................................180.9.2 Etapa 2. Diseño del control funcional....................................................................180.9.3 Etapa 3. Ubicación de los componentes de control operacional y su parte interna................................................................................................................................190.10 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES..........................................................................200.11 PRESUPUESTO DEL PROYECTO...........................................................................21FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA............................................................................................220.12 BIBLIOGRAFIA..........................................................................................................23
I
LISTA DE FIGURA
pág.
FIGURA 1. FUNCIÓN DE UN AMPLIFICADOR OPERACIONAL................................................................10FIGURA 2. CONDENSADORES CERÁMICOS.....................................................................................10FIGURA 3. TRANSISTOR.............................................................................................................11FIGURA 4. PLC EN PROCESOS SECUENCIALES O DISCONTINUOS.........................................................13FIGURA 5. PLC EN PROCESOS CONTINUOS....................................................................................13FIGURA 6 RESISTENCIAS CÓDIGO DE COLORES................................................................................14FIGURA 7. CIRCUITO DE CONTROL...............................................................................................17FIGURA 8. ESQUEMA DEL CONTROL FUNCIONAL.............................................................................18FIGURA 9. COMPONENTES DEL CONTROL OPERACIONAL Y FUNCIONAL................................................19Figura 10. Dispositivo terminado........................................................................................19
I
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo está enfocado a una propuesta de diseño estructural para el
laboratorio de PLC de procesos industriales en el Instituto Tecnológico de Soledad
Atlántico. La investigación consiste en la programación de dispositivos de
sensores para un mejor manejo del encendidos y apagados de las luces que se
encuentran en este lugar de trabajo. Es por eso que se pretende enfocar el
presente proyecto para un buen desarrollo visual y práctico para los que utilizan el
laboratorio.
La propuesta de diseño estructural contará con espacios en el laboratorio de PLC.
Las cuales exigen laboratorios. Para poder realizar la propuesta, el trabajo se
desarrollara un dispositivo de sensor de encendido y apagado. En lo concerniente
a la elaboración del Dispositivo establecerá una relación entre la población actual
y futuro de la carrera de Mantenimiento Electromecánico, con los resultados
obtendremos una mejor iluminación en lo que conlleva a la infraestructura de el
laboratorio de PLC, de esta proyección realizáremos una mejor distribución de
espacios, y capacidad visual, está nos ayudara a una mejor realización de los
trabajos.
Además se describirá se investigará a fondo las posibles ventajas y desventajas
que se presentaran en la implementación de este, por otro lado se buscará la
mejor manera para el diseño del sistema así como las consideraciones de
estructuración del mismo. En lo correspondiente a la propuesta del dispositivo
sensorial de encendido y apagado, propuesto tomando en consideración las
normas y reglamentos necesarios; se elaborará la estimación de costos del diseño
propuesto y finalmente se elaborarán las conclusiones y recomendaciones del
trabajo.
I
0. ANTEPROYECTO
0.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
En el Instituto Tecnológico de Soledad Atlántico, se ha presentado una situación
que está afectando las labores de los estudiantes en el laboratorio de PLC de
Procesos Industriales la problemática es con respecto al manejo del encendido y
apagado de luces. Por otro lado, se evidencia altos índices en el incremento y
desperdicio de energía eléctrica, Además se observa el mal estado de la
iluminación en este laboratorio de procesos industriales junto con la lejanía que
tienen los interruptores de dicha iluminación, los cuales perjudicaran a los
estudiantes en cada una de las labores a realizar en dicho lugar.
De continuar esta problemática descrita anteriormente, los estudiantes que
participan en el uso continuo del laboratorio de procesos industriales no rendirán
adecuadamente. Siguiendo esto, no adquirirán una buena formación ni estarán a
gusto por la falta de motivación a la hora de llevar esos conocimientos teóricos a la
práctica aún contando con todos los materiales y recursos para el desarrollo de las
actividades propuestas anteriormente en sus teóricas. Por otra parte la poca y mal
ubicación de la iluminaria en laboratorio de PLC de procesos industriales
conllevara al estudiante a forzar la vista al momento de hacer sus actividades,
dificultándoles en la explotación de sus habilidades dando paso a que los
estudiantes comenten entre ellos la mala situación del laboratorio de PLC y
futuramente presentarán problemas de la visión.
Por lo anterior, se hace necesario diseñar un dispositivo de sensor del encendido y
apagado que será utilizado en este laboratorio. Su funcionamiento será por medio
de un dispositivo que emitirá rayos infrarrojos u ondas ultrasónicas que captarán
así en tiempo real los movimientos que se generarán en el laboratorio de PLC de
procesos industriales del Instituto Tecnológico de Soledad Atlántico – ITSA. El
sensor de movimiento estará diseñado para utilizarse dentro y a la entrada del
I
laboratorio de PLC. Si éste se instala adecuadamente, servirá para monitorear el
área del laboratorio. Cuando el sensor detecta el movimiento, trasmitirá una señal
al centro de control. La selección de la zona y la configuración en el centro de
control determinará si la iluminación es la apropiada para todo tipo de labores
requeridas en el lugar.
0.1.1 Formulación del problema.
Por consiguiente ¿De qué manera el diseño y construcción de un sensor de
movimiento en el laboratorio de procesos industriales, ayudará a una mayor
iluminación y un mejor uso de la energía?
0.1.2 Sistematización. Se mostrará algunos parámetros, situaciones, normas o
criterios necesarios a tener en cuenta para la realización de este proyecto tales
como las que se indicaran a continuación.
¿Qué normas hay que tener en cuenta para diseñar la estructura del sensor de
movimiento?
¿Cómo identificar los parámetros del sector para poder ubicar el sensor?
¿Cómo desarrollar el dispositivo de sensor de encendido y apagado para una
mejor iluminación y realización de los trabajos?
¿Cuáles serán las directrices a tener en cuenta para la construcción del sensor
de movimiento en el laboratorio de PLC de procesos industriales del Instituto
Tecnológico de Soledad Atlántico – ITSA?
I
0.2 JUSTIFICACIÓN
0.2.1Justificación teórica. En la actualidad existes inconvenientes que se presenta en algunos lugares cerrados en donde se hace necesario el buen manejo en las luces, que se manejan fácilmente con las siguientes teorías : la demótica, la electrónica, sensores, resistencias, rayos infrarrojos, interruptores, amplificadores operacionales y circuitos que es el campo de acción o el conjunto de sistemas capaces de automatizar una vivienda, una empresa o una escuela etc. aportando servicios de gestión energética, seguridad, bienestar y comunicación que puede ser inteligente, debido a que se puede tener un manejo electrónico por medio de redes internas y externas de comunicación, cableadas o inalámbricas y cuyo control goza de cierta ubicación desde dentro o fuera de las instalaciones.
Por este motivo, la ayuda de un mejor manejo de las diferentes luces y permitir un
control del laboratorio de PLC de procesos industriales, del Instituto Tecnológico
de Soledad Atlántico - ITSA. Por lo anterior con este proyecto se pretende buscar
un ahorro de energía, por medio de un sensor de automatización en el laboratorio,
para sí lograr darle solución al el desperdicio desmedido del consumos de
energía, también llegar a tener un control total del sitio y lograr que la condición de
luz del laboratorio sea adecuada para la realización de actividades y de distintos
trabajos que se llevarán a cabo en este lugar.
0.2.2 justificación metodológica. Debido a los conocimientos obtenidos en la
investigación y los estudios estadísticos realizados en las industrias en general,
muestran la necesidad de equipos sensoriales de seguridad y protección que
brindaren mayor confiabilidad en los procesos, además que existe un mercado
mucho más amplio con la llegada del TLC y las nuevas tecnologías que llegan
con el tratado que se pueden implementar en el diseño, pare generas un prototipo
aun más avanzado y de muchas más variables funcionales en el proceso de
decodificación de señales que pueden obtenerse con el prototipo El campo de
acción de acción de los sensores en muy amplio pues se utilizan en la actualidad.
I
0.2.3 Justificación practica. Debido a los conocimientos adquirido durante el periodo técnico en las asignaturas como diseño, maquinas herramientas y metrología y ajuste, mantenimiento de maquinas eléctrica, manejo y mantenimiento de instalaciones eléctrica, montaje y mantenimiento de instalaciones demóticas, electrónica de potencia, operación de céntrale de transmisión y generación, el conocimiento adquirido en los siguientes laboratorios tales como. Laboratorio de PLC, laboratorio de motores, laboratorio de electrónica, laboratorio de maquinas herramientas y los conocimientos adquirido en las prácticas empresariales y de investigación, debido a todo lo anterior se tiene la base de conocimientos necesarios para elaborar el diseño y posterior construcción
del dispositivo.
0.3 IDENTIFICACION DEL OBJETIVO DE LA INVESTIGACION
El sensor de movimiento se implementará en el laboratorio de PLC de Procesos
Industriales, del Instituto Tecnológico de Soledad Atlántico - ITSA.
0.4 IDENTIFICACION DEL CAMPO ESPECÍFICO DE LA INVESTIGACION
El dispositivo de sensor del encendido y apagado que será utilizado en el
laboratorio de PLC de procesos industriales. El funcionamiento del sensor será por
medio de un dispositivo que por un emisor el cual arrojará rayos infrarrojos u
ondas ultrasónicas que las capta el receptor en tiempo real los movimientos que
se generarán en el laboratorio de PLC de procesos industriales del Instituto
Tecnológico de Soledad Atlántico – ITSA el cual enviará una señal a un centro de
control por una alarma de luz mediante amplificadores operacionales L293D,
TL081.
El sensor de movimiento será diseñado para usarse al interior y en la entrada. Se
instala adecuadamente para monitorear el laboratorio de PLC. Cuando el sensor
detecta el movimiento, trasmite una señal al centro de control. La selección de la
zona y la configuración en el centro de control determina si la iluminación es la
apropiada para todo tipo de labores en el laboratorio.
I
0.5 FORMULACION DEL OBJETIVO DE INVESTIGACION
0.5.1 Objetivo General
Diseñar un dispositivo automatizado que disminuya el uso manual del encendido
y apagado de luces, y reducir el consumo de energía eléctrica en el Laboratorio
de PLC de Procesos Industriales del Instituto Tecnológico de Soledad Atlántico –
ITSA.
0.5.2 Objetivos Específicos
Determinar la estructura y como debe ser el sensor detector de movimiento
para diseñar las componentes del circuito en su respectiva ubicación.
identificar los parámetros del sector para poder ubicar el sensor.
Construir el sensor detector de movimiento en el laboratorio PLC, para
optimizar el encendido y apagado de luces.
Elaborar el sensor acorde a las especificaciones técnicas requeridas en el
software SolidWorks para dar conocer el diseño
0.6 HIPÓTESIS
Con la construcción del sensor de movimiento en el laboratorio de PLC, se
reducirá en un alto porcentaje el uso de interruptores para el encendido y
apagado luces.
Este diseño permitirá reducir el consumo de energía eléctrica y por lo tanto
bajas en el costo de la energía consumida.
El sensor de movimiento facilitará la iluminación en el laboratorio de PLC y un
mejor desempeño para los estudiantes en sus labores de trabajo.
0.7 ESTADO DEL ARTE
A continuación se presenta unas muestras de proyectos relacionados con el
diseño e implementación de un dispositivo sensorial automatizado para el
encendido y apagado de luces en el laboratorio de PLC de procesos industriales,
I
en el Instituto Tecnológico de Soledad Atlántico – ITSA. Desde tiempos remotos
los científicos han competido por estar a la cabeza de la tecnología usando la
nanotecnología para que todas sus obras o creaciones sean cada vez más
pequeñas. Presente están algunos de los autores más destacados en estos
proyectos:
Como primera parte en concordancia con Francisco1 Diseño y construcción de un
dedo de cuatro grados de libertad conformado por músculos neumáticos
antagonistas En este proyecto de investigación se presenta el diseño y
construcción de un dedo neumático de cuatro grados de libertad (gdl) conformado
por músculos neumáticos antagonistas, el prototipo es capaz de reproducir
movimientos de flexión-extensión y aducción-abducción, de forma análoga a los
movimientos que realiza un dedo de la mano humana. El dedo mecánico es
actuado por músculos neumáticos en un arreglo antagonista para cada uno de sus
cuatro grados de libertad. Los músculos elaborados para la aplicación, presentan
versatilidad en su construcción, debido a la metodología empleada y al uso de
materiales industriales, El control de posición de cada articulación del dedo, se
realizó mediante controladores PID programados en un sistema mínimo de
electrónica diseñado para este propósito. El monitoreo y configuración del sistema
es realizado a través de una interfaz de usuario desarrollada en LabVIEW.
Por otra parte para Alfonso2 Captura de movimiento de personas con múltiples
sensores Kinects La captura de movimiento se basa en un conjunto técnicas y
métodos para el registro de movimientos de un actor que se desenvuelve en una
1 Diseño y construcción de un dedo de cuatro grados de libertad conformado por músculos neumáticos
antagonistas [en línea].http://www.cenidet.edu.mx/subaca/web-mktro/submenus/investigacion/tesis/
4546%20Francisco%20Aguilar%20Acevedo%20-%20Roman%20Ruiz%20Gonzalez.pdf [citado el 06 de
diciembre de 2012]
2 Captura de movimiento de personas con múltiples sensores Kinects [en línea]
http://ldc.usb.ve/~alfonso/thesis.pdf [citado el 06 de diciembre]
I
escena para su posterior análisis. Estos métodos son empleados en una gran
variedad de áreas como la industria del entretenimiento, el deporte, la medicina, la
seguridad, entre otras. El sensor Kinect desarrollado por Microsoft es un
dispositivo diseñado con el propósito de realizar captura de movimiento para su
consola de videojuegos XBOX. La introducción de dicho sensor al mercado y el
desarrollo de controladores libres para el mismo han impulsado la creación de
nuevas aplicaciones por parte de desarrolladores en todo el mundo.
Siguiendo con la ideas de los anteriores autores el comentario de Francisco3
Protocolo de encaminamiento adaptativo para la optimización de comunicaciones
de captura de datos y diseminación dirigida en redes de sensores inalámbricos
Los avances recientes en comunicaciones inalámbricas y microelectrónica han
motivado la aparición de dispositivos sensores inalámbricos de bajo coste y
pequeño tamaño capaces de efectuar de forma autónoma tareas de
monitorización del entorno, procesado de paquetes y comunicación con otros
nodos a través de su interfaz radio. Estos dispositivos, cuyo despliegue lleva
asociado un coste mucho menor que el de los sistemas cableados, se integran en
el entorno a medir y son capaces de recolectar, procesar, agregar y transmitir
información de variables recogidas tales como temperatura, humedad,
aceleración, etc. así como de otros eventos detectados como actividad sísmica o
detección de presencia o movimiento.
Junto con ellos Manuel4 sistema de gestión una vivienda Este es el punto principal
del proyecto, en el cual se efectuará el diseño e implementación de la gestión y 3 Protocolo de encaminamiento adaptativo para la optimización de comunicaciones de captura de datos y
diseminación dirigida en redes de sensores inalámbricos [en línea]
http://eciencia.urjc.es/bitstream/10115/5685/1/Tesis_Fco_Javier_Atero.pdf [citado el 06 de diciembre de 2012]
I
el control en una vivienda. La tarea será la de realizar toda la instalación
eléctrica de un vivienda unifamiliar real para conseguir el bienestar del usuario
y a la vez crear un producto energéticamente rentable los puntos más
importantes de la instalación rentable. Control de la iluminación interior y
exterior de la vivienda. Regulación automática de la iluminación artificial
en función de la luz natural. Control de la temperatura del hogar, Control de
accesos a la vivienda (puertas y ventanas), Control de persianas, Detector de
presencia exterior e interior. Sistema de simulador de presencia. Sistema de
alarmas de seguridad (incendio, gas, intrusión).
0.8 MARCO TEÒRICO
Se pretende diseñar y construir un sensor que pueda ser aplicado de manera útil
en el control y manejo de luces de un lugar cerrado como lo es el laboratorio de
PLC de procesos industriales del Instituto Tecnológico de Soledad Atlántico-ITSA.
Para lo cual se debe utilizar un amplificador operacional, en las cuales Coughlin
y Driscoll5 dicen “rara vez los sensores podrán generar una salida cuyo parámetro
o valor eléctrico podrá alimentarlo directamente a la computadora a través de un
convertidor analógico a digital(A/D). Por ello, es necesario un circuito de interfaz
de entrada que contenga amplificadores operacionales u otro tipo de circuitos
integrados (CI) para acondicionar la señal para el convertidor A/D de la
computadora”, como se muestra en la figura 1. En este caso se utilizará un
amplificador operacional para enviar recibir la señal del sensor y este a su vez
envié una al centro de control donde se activará una alarma en caso de falla.
Figura 1. Función de un amplificador operacional
4 sistema de gestión demótica [en línea]
http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/11526/1/Mem%C3%B2ria1.pdfde [citado el 06 de diciembre de 2012]
5 COUGHLIN, Robert. DRISCOLL, Frederick. Amplificadores operacionales y circuitos integrados. Quinta edición. México: Prentice hall, 1999. p 3. ISBN: 970-17-0267-0.
I
Fuente: COUGHLIN, Robert. DRISCOLL, Frederick. Amplificadores operacionales y circuitos integrados. 5
ed. México: Prentice hall, 1999. p. 3. [ISBN: 970-17-0267-0.]
Por otro lado, lo que también se debe tener en cuenta es la manera como se
construirá el circuito encargado de cumplir con este proceso el cual consta con
condensadores de los cuales Senner6 expresa que: “los condensadores tienen
como dieléctrico una masa cerámica. En la superficie de su cuerpo de cerámica de
paredes finas se condensa una lámina de metal noble. Existen condensadores
(figura 2) con tensiones de servicio de hasta 700 v (condensadores tubulares,
laminares, de disco) y condensadores de alta tensión para tensiones de servicio
de hasta 12 kv (condensadores en forma cóncava y de placas). Para ello estos se
utilizaran como una parte esencial del circuito que será diseñado para la
implementación del sensor.
6 SENNER, Adolf. PRINCIPIOS DE ELECTROTECNIA. Primera edición. Barcelona: Reverte S.A, 1994. P 448. ISBN: 84-291-3448-4.
I
Figura 2. Condensadores cerámicos
Fuente: SENNER, Adolf. Principios de electrotecnia. 1ed. Barcelona: Reverte. 1994. p 448. ISBN: 84-291-3448-4.Con esto también se hace necesario el uso de otros dispositivos como lo son las
los transistores, las resistencias y los relés; aquí se puede tener en cuenta los
transistores que como Rashid7 dice “Los transistores de potencia son de cuatro
clases 1. BJT, 2) MOSFET de potencia, 3) IGBT y 4) SIT. Un transistor bipolar
tiene tres terminales: base emisor y colector. En el caso normal funciona como un
interruptor en la configuración de emisor común. Mientras la base de un transistor
NPN este a mayor potencia que el emisor, y la corriente de la base tenga el valor
suficiente para activar el transistor en la región de saturación, el transistor
permanece cerrado, siempre que la unión de colector a emisor tenga la
polarización correcta” ver figura 3. Estos transistores serán de gran ayuda como
una parte fundamental del circuito requerido para cumplir con lo necesario para la
implementación del proyecto.
7 RASHID, Muhammad. Electrónica de potencia: Circuitos, dispositivos y aplicaciones. 3 ed. México: Pearson Prentice Hall. 2004. P 908. ISBN: 970-26-0532-6.
I
Figura 3. Transistor
Fuente: RASHID, Muhammad. Electrónica De Potencia: Circuitos, dispositivos y aplicaciones. 3 ed. México: Pearson Prentice Hall. 2004. p. 908. ISBN: 970-26-0532-6.
A partir de lo que se pretende lograr con la implementación de este proyecto se
hace necesario el uso de amplificadores operacionales que ayude a controlar el
proceso de una manera más eficaz recibiendo una señal y a su vez realice el
procesos correspondiente a la señal que este reciba para lograr esto se hace
necesario el uso de un PLC del cual Domingo8 habla diciendo “Un autómata
programable (PLC) o programable logic controller) es un sistema de control
basado en un microprocesador y los elementos necesarios para que este
microprocesador opere de forma conveniente. Al estar basado en un
microprocesador, permite que la función que el PLC realice sea programable por
cada usuario a efectos de satisfacer cada necesidad concreta del control, lo que le
conviene en una herramienta sumamente útil y flexible.
Su manejo en el ámbito de instalación y programación puede ser realizado por
personal técnico carente de un gran nivel informático entre las funciones que
realiza un PLC tenemos: temporizadores operaciones y cálculos aritméticos,
enclavamientos, procesado de señales digitales y analógicas, comunicaciones
8 DOMIGO, Joan. GAMIZ, Juan. GRAU, Antonini. GRACIA, Hermino. Introducción A Los Autómatas Programables. 1 ed. Mexico: Editorial uoc. 2003. p. 103. ISBN: 74-8429-027-1.
I
Industriales entre muchas otras (figura 4, figura5). Los campos de aplicación de
los autómatas programables son hoy día extremadamente extensos debido a sus
posibilidades en cuanto a flexibilidad en su programación mediante módulos
adicionales o incluso con mas autómatas conectados en red, etc.” Este sistema
será usado para recibir la señal por parte del amplificador operacional con la cual
el PLC intervendrá realizando el proceso necesario para lo que se solicite en ese
momento.
Figura 4. PLC en procesos secuenciales o discontinuos
Fuente: DOMIGO, Joan. GAMIZ, Juan. GRAU, Antonini. GRACIA, Herminio. Introducción A Los Autómatas Programables. 1 ed. México: Editorial UOC. 2003. p. 110. ISBN: 74-8429-027-1.
I
Figura 5. PLC en procesos continuos
Fuente: DOMIGO, Joan. GAMIZ, Juan. GRAU, Antonini. GRACIA, Hormino. Introducción A Los Autómatas Programables. 1 ed. México: Editorial uoc. 2003. p. 110. ISBN: 74-8429-027-1.
De la misma manera se deben usar otros dispositivos muy importantes en el
circuito tales como lo son las resistencia y de las cuales Manzano9 hace una
aclaración diciendo: “son las mayor o menor dificultad que presenta un conductor
al paso de la corriente eléctrica. Por tanto, la resistencia eléctrica que presenta un
conductor depende del tipo de material que la conforma. La resistencia se mide
con el ohmímetro conectando este a los extremos del conductor a medir”. Figura 6
este será implementado o utilizado en el circuito principal del proyecto como en
muchos otros componentes.
9 MANZANO, José. ELECTRICIDAD I; Teoría Básica Y Prácticas. 1 ed. Barcelona: Marcombo 2008. p. 205. ISBN: 978-84-267-1456-5.
I
Figura 6 Resistencias código de colores
Fuente: DOMIGO, Joan. GAMIZ, Juan. GRAU, Antonini. GRACIA, Herminio. Introducción A Los Autómatas Programables. 1 ed. México: Editorial uoc. 2003. p. 103. ISBN: 74-8429-027-1.
0.8.1 Marco conceptual. En el diseño de un dispositivo automatizado que
disminuya el uso manual del encendido y apagado de luces, y reduzca el
consumo de energía eléctrica en laboratorio de PLC de procesos industriales del
Instituto Tecnológico de Soledad Atlántico – ITSA se utilizaran términos técnicos
referentes al desarrollo de este proyecto tales como:
AMPLIFICADOR OPERACIONAL: (comúnmente abreviado A.O., op-amp u
OPAM), es un circuito electrónico (normalmente se presenta como circuito
integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las
dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia):
Vout = G· (V+ − V−) el más conocido y comúnmente aplicado es el UA741 o
LM741.
I
CIRCUITO: es una red eléctrica (interconexión de dos o más componentes, tales
como resistencias, inductores, condensadores, fuentes, interruptores y semicondu
ctores) que contiene al menos una trayectoria cerrada. Los circuitos que contienen
solo fuentes, componentes lineales (resistores, condensadores, inductores), y
elementos de distribución lineales (líneas de transmisión o cables) pueden
analizarse por métodos algebraicos para determinar su comportamiento
en corriente directa o en corriente alterna. Un circuito que tiene electrónicos es
denominado un circuito electrónico. Estas redes son generalmente no lineales y
requieren diseños y herramientas de análisis mucho más complejos.
DOMÓTICA: Se entiende como el conjunto de sistemas capaces
de automatizar una vivienda, aportando servicios de gestión energética, seguridad,
bienestar y comunicación, y que pueden estar integrados por medio de redes
interiores y exteriores de comunicación, cableadas o inalámbricas, y cuyo control
goza de cierta ubicuidad, desde dentro y fuera del hogar. Se podría definir como
la integración de la tecnología en el diseño inteligente de un recinto cerrado.
ELECTRÓNICA: es la rama de la física y especialización de la ingeniería, que
estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el
control del flujo microscópico de los electrones u otras partículas cargadas
eléctricamente.
INTERRUPTOR ELÉCTRICO: es un dispositivo que permite desviar o interrumpir
el curso de una corriente eléctrica. En el mundo moderno sus tipos y aplicaciones
son innumerables, van desde un simple interruptor que apaga o enciende
un bombillo, hasta un complicado selector de transferencia automático de
múltiples capas controlado por computadora.
RAYOS INFRARROJOS: son ondas de calor infrarrojo, el mismo calor que irradia
el sol, por eso sentimos los efectos de la radiación infrarroja cada día. El calor de
I
la luz del sol, del fuego, de un radiador de calefacción o de una acera caliente
proviene del infrarrojo. Aunque no podemos ver esta radiación, los nervios en
nuestra piel pueden sentirla como calor. Las terminaciones nerviosas de la piel
son sensibles a la temperatura y pueden detectar la diferencia entre la
temperatura interior del cuerpo y la temperatura exterior de la piel.
RESISTENCIAS: Son componentes electrónicos que tienen la propiedad de
presentar oposición al paso de la corriente eléctrica. La unidad en la que mide esta
característica es el Ohmio y se representa con la letra griega Omega (W).
RESISTOR: Se denomina al componente electrónico diseñado para introducir
una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito. En el propio
argot eléctrico y electrónico, son conocidos simplemente como resistencias. En
otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., se emplean resistencias
para producir calor aprovechando el efecto Joule.
SENSOR: es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas,
llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas.
Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad
lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza,
torsión, humedad, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia
eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de
humedad), una Tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente
eléctrica (como en un fototransistor), etc.
0.9 MODELO CUÁNTICO
Dada la problemática que se encuentra en el laboratorio de PLC de procesos
industriales del Instituto tecnológico de soledad atlántico-ITSA, por el mal estado
de las iluminarias y la mala ubicación de las mismas por lo cual se hace necesario
la implementación de un dispositivo sensorial de movimiento el cual la persona al
I
colocarse en la trayectoria del haz de luz la corte y así se encienda la iluminación
en el lugar de trabajo, para la construcción de este dispositivo se tomaran las
siguientes etapas:
0.9.1 Etapa 1. Diseño del circuito de control. En esta primera etapa del proyecto
se manejará un circuito de control que CNICE explica que: “está definido como un
conjunto de componentes que pueden regular su propia conducta o la de otro
sistema con el fin de lograr un funcionamiento predeterminado, de modo que se
reduzcan las probabilidades de fallos y se obtengan los resultados buscados”10. El
Centro Nacional de Información y Comunicación educativa (CNICE), afirma que un
circuito de control, Ver figura 7, es la parte más delicada de la controladora, ya que
se encarga de controlar las entradas (Puerto LPT, Entradas Analógicas, Entradas
Digitales y circuito de potencia) y las salidas (Salidas Digitales)
Figura 7. Circuito de control
Fuente: Elaboración propia
0.9.2 Etapa 2. Diseño del control funcional. Para esta segunda etapa se
manipulará un sistema de control funcional que básicamente son un conjunto de
componentes físicos conectados o relacionados entre sí de manera que dirijan su
10 CNICE. Centro Nacional de Información y Comunicación Educativa [en línea]. http:// innovación .cnice.mec.es/control/control/contenido/Descripcion/Esquemas_Electricos/Circuito_control/circuito_de_co ntrol.pdf [citado en octubre del 2010].
I
actuación por sí solo. En esta etapa se continuara con el funcionamiento utilizando
mediante y entre si los amplificadores operacionales L293D, TL081 que permiten
aumentar la intensidad y resección de los rayos infrarrojos para poder optimizar su
operación. En la figura se muestra un esquema del funcionamiento del circuito de
control, el cual será elaborado en el software Proteus.
Figura 8. Esquema del control funcional
Fuente: Elaboración propia
0.9.3 Etapa 3. Ubicación de los componentes de control operacional y su
parte interna. En esta etapa se realizará la construcción del circuito operacional
junto con sus componentes y la respectiva ubicación en la placa.
I
Figura 9. Componentes del control operacional y funcional
Fuente: Elaboración propia.
0.9.4 Etapa 4. Dispositivo terminado. Una vez terminado el montaje se
procederá a su puesta en funcionamiento. Como ya se ha indicado, las primeras
pruebas del prototipo se realizaron en la creación tanto virtual (en Proteus) como
física.
Figura 10. Dispositivo terminado
Fuente: Elaboración propia.
I
0.10 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
A continuación se muestra el cronograma de actividades el cual se procedió desde
el inicio del proyecto hasta su respectiva culminación como se evidencia en la
tabla.1
Tabla. 1. Cronograma de actividades
CRONOCRAMA DE ADTIVIDADES
SEMANA
ENERO FEBRERO MARZO ABRIL
1r
a
2d
a
3r
a
4t
a
1r
a
2d
a
3r
a
4t
a
1r
a
2d
a
3r
a
4t
a
1r
a
2d
a
3r
a
4t
a
Revisión del
anteproyecto
Identificación del
significado de las citas
y su usoElaboración del primer capitulo
Revisión y asesoría
Elaboración del
segundo capítulo
Revisión y asesoría
Elaboración del tercer capítulo
Revisión y asesoría
Pruebas
Proyecto terminado y sustentació
n
Fuente: Elaboración propia
I
0.11 PRESUPUESTO DEL PROYECTO
A continuación se detallará la lista de todos los materiales que componen a este
dispositivo, con sus respectivos precios.
Tabla. 2 Presupuesto
DESCRIPCION
DEL PRODUCTO
VALOR POR
UNIDAD
UNIDADES VALOR TOTAL
Resistencia 1k-
100k
50 8 400
Capacitor 500 9 4.500
Relé 4.000 1 4.000
Baquelita 1.000 1 1.000
Transformador
120V-12V
6.000 1 6.000
Tablero acrílico 30.000 1 30.000
Amplificador
operacional
L293D y TL081
7.000 4 28.000
TOTAL 73.900
Fuente: Elaboración Propia
I
0.12 BIBLIOGRAFIA.
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