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tesis_uam/Biofiltro para el aire_UAM7122.pdf - cedip

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"-"L..-.A/BlOFlLTRODOCUMENTAC16N E IMPLEMENTAClbNDE UN SISTEMA DE BIOFILTRACI6N DE AIRE /--.r"""""_".,"""""~~""""", 1,USDigital_ _ _ _ _ " " _ _ _ " _ _ " _ " " " ~ " " " " " " _IPuertosDigitalesCaja de Acondicionamiento Tarjeta RTI-820Proyecto Terminal 2/'[pgeniería Electrbnica1-Alfredqérez AmadorMatr. 8832668313 de Abril, 1993 A/Asesor:Adriano de Luca Penacchia146509$1UAM lztapalapadc B&


v51.1nwucci6n .......................................................................................................................................... . 11.1. Conuol ................................................................................................................................ 11.2. La PC como Centro de Control ............................................................................................ 11.3. Que es un Biof'Uo ............................................................................................................... 21.4. Necesi&&s ......................................................................................................................... 41.4.1. Registro d<strong>el</strong> Estado d<strong>el</strong> Sistema ........................................................................... 41.4.2. Control d<strong>el</strong> Sistema ............................................................................................. 41.4.3. Interfa Usuario-Sistema ..................................................................................... 51.5. Soluciones ........................................................................................................................... 61.5.1. Registro d<strong>el</strong> Estado d<strong>el</strong> Sistema ........................................................................... 61.5.2. Control d<strong>el</strong> Sistema ............................................................................................. 61.5.3. Interfaz Usuario-Sistema ..................................................................................... 72 . Implemen~ci6n Fisica ......................................................................................................................... 82.1. La Tarjeta RTI-820 de Analog Devices ................................................................................ 92.2. Los M6dulos de Acondicionamiento 5B de Analog Devices ................................................. 102.3. El Multiplexor Analdgico 5B02 de Analog Devices ............................................................. 102.4. La Cajade Acondicionamiento ............................................................................................ 11. 2.5. Los Detectort,x ..................................................................................................................... 112.5. L. Temperam ........................................................................................................ 112.5.2. Presi6n ................................................................................................................ 112.5.3. pH ....................................................................................................................... 112.5.4. Humedad R<strong>el</strong>ativa ............................................................................................... 122.5.5. Flujo .................................................................................................................... 122.5.6. Concentraci6n de C02 ........................................................................................ 122.6. La Terminal Digital AC1585-1 de Analog Devices .............................................................. 122.7. El Eiquipo de Control ........................................................................................................... 122.8. El Conml de Niv<strong>el</strong> de Agua ................................................................................................ 132.9. El Controlador de Temperatura CN9122A de Omega.......................................................... 143 . Docu1nentaci6n d<strong>el</strong> Programa .............................................................................................................. 153.1. El Programa BF.EXE .......................................................................................................... 153.2. El Manual de Usuario .......................................................................................................... 154 Pruebas y Resultados ............................................................................................................................ 175 . Conclusiones ............................................................................ '............................................................ 19i........ .I ................. ._lll_.-.-.


1 .l. ControlAutomatizar tareas repetitiva ofrece ciertas ventajas, la principal de <strong>el</strong>las permitir al operadorocuparse de otras tareas, como <strong>el</strong> manejo d<strong>el</strong> proceso: cuhb encender <strong>el</strong> equipo, cuhdo tomarnota de las condiciones d<strong>el</strong> sistema, cuhdo alimentar las entradas, &do tomar los resultadW, ycuftndo apagar <strong>el</strong> equipo.El control consiste en auxiliar al operador en <strong>el</strong> manejo d<strong>el</strong> sistema, muchas veces en base a. lecturas de las condiciones d<strong>el</strong> sistema. Esto libera aún miis la carga de trabajo sobre <strong>el</strong> operador,quien se ocupard de otras tareas, como encender y apagar <strong>el</strong> equipo de control 6 modificar susparhems, y manejar los resultados d<strong>el</strong> pmceso. De hecho, <strong>el</strong> control automatic0 ofrece unaventaja muy importante sobre la operacidn manual: la reproducci6n exacta de los procedimientos,a intervalos de tiempo precisos, a cualquier hora de cualquier dfa (siempre y cuando <strong>el</strong> sistemapermanezca encendido, por supuesto).1.2. La PC como Centro de ControlAunque la PC no es un sistema disefíado específicamente <strong>para</strong> control, ofrece ventajas sobre losdispositivos dedicados cuando la v<strong>el</strong>ocidad de respuesta no es tan crltica:oResulta fAcil implementar <strong>el</strong> sistema y capacitar a los usuarios en su manejo, pues una cantidadmuy grande de personas esa familizada con su uso.0 Debido a su amplia difusi6n. existe una gran variedad de compaiiías que desarrollan tarjetas deinterfaz entre la PC y <strong>el</strong> medio externo; incluso algunas tarjetas incluyen controladoresespecializados útiles <strong>para</strong> rutinas en las que la v<strong>el</strong>ocidad de la PC no es suficiente.Existe tambien una cantidad muy grande de software desarrollado <strong>para</strong> tareas de controlcomunes, que puede aplicarse en gran parte de los casos. .Cuando no existe un programa comercial que resu<strong>el</strong>va un problema particular, puededesarrollarse uno propio, especializado, con menos dificultades que en otros sistemas, pues laPC es uno de los entornos de programaci6n m&$ difundidos y amigables que existenactualmente.


1.3. Que es un <strong>Biofiltro</strong>Un biofiltro es un sistema biol6gico de purificacidn de <strong>aire</strong>. La filtraci6n es efectuada pormicroorganisnlos en un medio dlido poroso, distribuído en varios niv<strong>el</strong>es dentro de In torre d<strong>el</strong>biofiltro, y a traves d<strong>el</strong> cual circula <strong>el</strong> <strong>aire</strong> que se desea purificar.El medio s6lido estA caracterizado por la temperatura (T) en cuatro puntos de la torre, la diferenciaen la presi6n d<strong>el</strong> <strong>aire</strong> (dP) a la entrada y la salida, <strong>el</strong> pH en un punto d<strong>el</strong> trayecto, y la humedadr<strong>el</strong>ativa (Hr) a la entrada de la torre. Estos valores deben estar sujetos a los llmites permitidos <strong>para</strong><strong>el</strong> bienestar de los microorganismos.Siguiendo <strong>el</strong> trayecto d<strong>el</strong> <strong>aire</strong> <strong>para</strong> describir <strong>el</strong> funcionamiento d<strong>el</strong> biofiltro prototipo (fig. 1.1):-.Una compresora envfa <strong>el</strong> flujo de <strong>aire</strong> a traves de un filtro y un man6metro hasta <strong>el</strong> rotametrodonde se controla manualmente <strong>el</strong> flujo de <strong>aire</strong>. Despub d<strong>el</strong> rotametro se encuentra unfluj6rnetro de masa, que indica cubto <strong>aire</strong> estfi siendo inyectado al biofiltro.0 Despub d<strong>el</strong> fluj6metro <strong>el</strong> <strong>aire</strong> entra a una torre de prehumiWicaci6n, y posteriormente a unacuba de saturaci6n: Una bomba se encarga de hacer circular <strong>el</strong> agua por la torre y por la cuba,mientras que <strong>el</strong> niv<strong>el</strong> de agua en la cuba esa controlado por un niv<strong>el</strong> mecWco, y por unavdvula solenoide con un switch magnetice de niv<strong>el</strong> como sistema de respaldo.0 A la salida de la cuba de saturaci6n <strong>el</strong> <strong>aire</strong> pasa por una &pade gotas <strong>para</strong> <strong>el</strong>iminar laposible condensacibn, y a continuaci6n se encuentran <strong>el</strong> sensor de humedad r<strong>el</strong>ativa y suacondicionador.0 El <strong>aire</strong> entra entonces al mezclador en <strong>el</strong> que una bomba de precisi6n Masterflex inyecta unaconcentraci6n fija de contaminantes (acetato de etilo, tolueno, isopropanol) en proporcionesestablecidas. El <strong>aire</strong> contaminado es homogeneizado al atravesar un mezclador estAtico.0 La mezcla se introduce en la parte inferior de la torre de biofiltraci6n, donde un termopar mid<strong>el</strong>a temperatura d<strong>el</strong> <strong>aire</strong> a la entrada, Te. Un controlador de temperatura se encarga demantener Te en un punto establecido por <strong>el</strong> usuario, manejando una resistencia que calienta <strong>el</strong>agua dentro de la cuba de saturaci6n. y un radiador que calienta <strong>el</strong> <strong>aire</strong> alrededor d<strong>el</strong> biofiltro.Un termopar mide la temperatura d<strong>el</strong> agua Ta en la cuba.0 La turba porosa con los microorganimos esta disuibcída en 5 niv<strong>el</strong>es (llamados N1, N2, N3,N4, N5) dentro de la torre d<strong>el</strong> biofiluo. En la entrada de la torre en la parte inferior (llamadaE), en los 4 espacios entre niv<strong>el</strong>es (Nl, N2, N3, N4), y en la salida (llamada S), setomanmuestras de <strong>aire</strong> <strong>para</strong> conocer la concentraci6n de contaminantes en esos puntos, por medio.decrómatografía.0 Ademfis de en la entrada, se miden las temperaturas en <strong>el</strong> niv<strong>el</strong> 4 y en la salida de la torre. Un<strong>el</strong>ectrodo en <strong>el</strong> niv<strong>el</strong> 4 da una medida d<strong>el</strong> pH; un acondicionador da 'una medida de ladiferencia de presi6n entre la entrada y la solida de l a torre; y un analizador infrarrojo mide laconccntrxidn de CO, a la salida.2


I .4. Necesidades1.4.1. Registro d<strong>el</strong> Estado d<strong>el</strong> Sistema<strong>para</strong> mnmr <strong>el</strong> desempeño d<strong>el</strong>sistema:biofiltro es necesario registrar y analizar las medidas d<strong>el</strong>o El flujo de <strong>aire</strong> y la masa de contaminantes inyectada determinan la conoentraci6n decontaminantes en <strong>el</strong> gas, y <strong>el</strong>tiempoderesidenciad<strong>el</strong>amezcladentrode la torre d<strong>el</strong>biofiltro.0 La temperatura y la humedad d<strong>el</strong> <strong>aire</strong> deben ser las 6ptimas <strong>para</strong> <strong>el</strong> crecimiento de losmicroorganismos y su capacidad de degradar los conminantes. Adema, <strong>el</strong> cambio en latemperatura de la turba es un indicador de la actividad de estos mimrganismos.0 Las concentraciones de contaminantes en los distintos niv<strong>el</strong>es de la torre indican lacapacidad de degradaci6n d<strong>el</strong> biofiltro.0 El pH d<strong>el</strong> medio dlido es tambien un indicador de la actividad de los microorganismos, ydebe verificarse contin<strong>uam</strong>ente si los productos resultado de la degradac16n decontaminantes modifican <strong>el</strong> pH d<strong>el</strong> medio hasta volverlo dañino a los microorganismos.o La variaci6n en la diferencia de presi6n entre la entrada y la salida de la tome reflejacambios en la estructura de la turba, como creaci6n de grietas en <strong>el</strong> medio, 6 compactaci6npor exceso de humedad:con lo que sería necesario cambiar <strong>el</strong> medio de filtraci6n.0 Por último, la concentraci6n de CO, es tambitn un indicador de la actividad de losmicroorganismos, pues este producto es un resultado de la degradacidn de algunoscontaminantes.1.4.2. Control d<strong>el</strong> SistemaDurante las pruebas d<strong>el</strong> funcionamiento d<strong>el</strong> biofiltro, serh modificadas las condiciones d<strong>el</strong>sistema <strong>para</strong> encontrar <strong>el</strong> punto de operaci6n bptimo; a partir- de entonces serti necesario. mantener al sistema en ese punto, <strong>para</strong> obtener <strong>el</strong> mejor desempeiio posible.El flujo de <strong>aire</strong> d la entrada influye en la humedad que adquirir& en la concenuaci6n decontaminantes, y en <strong>el</strong> tiempo de residencia d<strong>el</strong> <strong>aire</strong> en la torre d<strong>el</strong> biofiltro. Si <strong>el</strong> flujo espequeiio no se aprovecl~a~l la capacidad de filtraci6n d<strong>el</strong> sistema, y si es grande podriadafiarlo.Debe evitase que <strong>el</strong> niv<strong>el</strong> d<strong>el</strong> agua suba hasta obstruircuba dc saturaci6n.la circulaci6n d<strong>el</strong> <strong>aire</strong> a traves de la0 1.a temperatura d<strong>el</strong> nirc debe ser tal que favorezca la acci6n degradadora de losmicroorganismas en In torre.El volumen de los conlpucstos inyectados en <strong>el</strong> flujo dc <strong>aire</strong> influye en la concentraci6n decotuminantcs. Dchc cncontríísc c6mo c;unbia <strong>el</strong> comportanicnto dcl sistema al variaresta concenmcih.4


<strong>para</strong> limpiar su interior; a contiuaci6n se inyecta <strong>el</strong> <strong>aire</strong> a analizar, tomwolo de uno d<strong>el</strong>os 6 niv<strong>el</strong>es de inteds en la torre; cuando se ha introducido la muestra deseada, se indicaal integrador que inicie <strong>el</strong> analisis de la señal d<strong>el</strong> cromatbgrafo; al concluir la integracidnse toman los resultados. Este procedimiento se repite <strong>para</strong> los otros 5 puntos de anaisis de<strong>aire</strong> en la torre d<strong>el</strong> biofiltro.Es necesario verificar en forma continua que <strong>el</strong> sistema funcione correctamente. En caso deque se detecte alguna condici6n de emergencia debe activarse una señal de alarma y si esposible <strong>el</strong>iminar la fuente d<strong>el</strong> problema.1.4.3. Interfaz Usuario-SistemaSe requiere que <strong>el</strong> usuario tenga acceso a los parhetros de medtci6n y control, y tambien a losresultados d<strong>el</strong> proceso, en la forma mis sencilla y flexible que sea posible.5


1.5. SolucionesPor los beneficios que ofrece (ver secci6n 1.2). usaremos unacontrol, y de interfaz usuario-sistema.PC como centro 'de lectura, de1.5.1. Registro d<strong>el</strong> Estado d<strong>el</strong> SistemaLa PC leer& y almacemml los resultados de las mediciones d<strong>el</strong> sistema.0 Se utilizarzln sensores <strong>para</strong> medir <strong>el</strong> flujo de <strong>aire</strong>, la humedad r<strong>el</strong>ativa d<strong>el</strong> <strong>aire</strong> al salir de lacuba de saturacibn, la temperatura d<strong>el</strong> <strong>aire</strong> en la entrada, en <strong>el</strong> niv<strong>el</strong> 4 y en la salida de latorre, <strong>el</strong> pH en <strong>el</strong> niv<strong>el</strong> 4, y la diferenciade presidn entre la entrada y la salida de la torre.Para determinar <strong>el</strong> CO, d<strong>el</strong> <strong>aire</strong> a la salida de la torre se utilizar& un analizador infrarrojozComo se dijo antes, se usar¿ln un cromat6grafo y un integrador <strong>para</strong> determinar laconcentracih de contaminantes en <strong>el</strong> <strong>aire</strong> en 6 niv<strong>el</strong>es de la torre.0 Para la adquisici6n de las seiiales de los sensores y d<strong>el</strong> analizador infrarrojo se utili- unaTarjeta de Adquisici6n de Datos, con los acondicionadores anal6gicos necesarios <strong>para</strong>ajustar estas señales a! niv<strong>el</strong> requerido por <strong>el</strong> convertidor anal6gicodigital de la Tarjeta.Para la cromatografía se usafsl un integrador con puerto RS232, de modo que los resultadospuedan leerse por <strong>el</strong> puerto sene de la PC. Sin embargo, al inicio la cromatografía se harAen forma manual, y mientras esto ocurra los resultados Serb introducidos por <strong>el</strong> usuario,desde <strong>el</strong> teclado de1.5.2. Control d<strong>el</strong> Sistemala PC. 146509La PC controlac% ciertas partesd<strong>el</strong> sistema, en base a las medidas que es- adquiriendo enforma continua. Las señales de control anal6gicas y digitales ser¿ln enviadas a traves de IaTarjeta de Adquisici6n de Datos.Para la temperatura d<strong>el</strong> <strong>aire</strong> se usarA un controlador independiente, de modo que se aligere lacarga de trabajo <strong>para</strong> la PC.Se usa% un controlador <strong>para</strong> <strong>el</strong> flujo de <strong>aire</strong>, que responda en forma lineal a una señalanal6gica entregada por la PC pero al inicio <strong>el</strong> control ser& manual, utilizando unrothetro.Para evitar que <strong>el</strong> niv<strong>el</strong> de agua obsuuya <strong>el</strong> paso d<strong>el</strong> <strong>aire</strong> en la cuba de saturacibn, seutilizmi un sistema redundante: El control primario sed una valvula mecBnica controladapor la prcsihn d<strong>el</strong> agua sobre <strong>el</strong>la; <strong>el</strong> control de respaldo sed una vfilvula solenoidecontrolada por un switch magnetic0 de niv<strong>el</strong> de agua, colocado en <strong>el</strong> interior de la cuba.Para controlí~r l a temperaturadclairc se usmh una resistencia <strong>para</strong> <strong>el</strong> aguadentrode lacuba de mturaci6n y un radiador <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>aire</strong> junto a la torre, ambos manejados por uncontrolador dcdicado. que toma la tcmpcratura dcl <strong>aire</strong> a la entrada dc la torrc, d<strong>el</strong> mismotcmlop:u us:do por 1;1 PC.6


establecida manualmente por <strong>el</strong> usuario, por medio d<strong>el</strong> arreglo la a entrada de la bomba depfecisi6n. Sin embargo, al inicio se usar;l una bomba no conualable <strong>el</strong>Cctricamente. demodo que <strong>el</strong> volumen total sera establecido tambib en forma manual.0 Para <strong>el</strong> control d<strong>el</strong> equipo de cromatografia:- Se usarb 6 vdvulas solenoides, con sus entradas conectadas a cada uno de los 6 puntosde cromatograffa en la torre y sus salidas conectadas a la salida común; la PC a ms610 una vdvula cada vez, de modo que se pueda extraer <strong>aire</strong> S610 d<strong>el</strong> puntocorrespondiente en la torre. . ...- Una villvula de 2posiciones controlada por la PC hara que <strong>el</strong> cromat6grafo tome ya sea<strong>el</strong> <strong>aire</strong> de la salida común de las vdvulas solenoides. 6 bien <strong>aire</strong> limpio, alternando deeste modo entre los ciclos de inyecci6n y purgado d<strong>el</strong> cromatbgrafo.- La PC da% al integrador la sefíal de inicio de integraci6n..~ . . ". """ .. . ~. ~.Sin embargo, alinicio no habd un cromat6grafo disponible <strong>para</strong> <strong>el</strong> uso exclusivo d<strong>el</strong>biofiltro, de modo que cada muestra serA inyectada a un peque€io tanque en forma.~serniautomatica <strong>para</strong> que <strong>el</strong> usuario lo Ueve hasta <strong>el</strong> cromat6grafo y haga la operaci6n en -fozma manual. ..En caso de que alguna medida indique una situaci6n de embrgencia, la PC se encargepor medio de seiiales <strong>el</strong>&tricas, de desconectar la compresora de <strong>aire</strong>, la resistencia, labomba y la vavula de entrada de agua en la cuba de saturaci6n. y de encender una seRalaudible de alarma."Observe que <strong>el</strong> control estA disaibuido entre la PC y en <strong>el</strong> controlador de temperatura, y que alinicio no es total, pues se controlan en fonna manual <strong>el</strong> flujo de <strong>aire</strong>, <strong>el</strong> volumen decontaminantes inyectado, y parte d<strong>el</strong> proceso de cromatografia.a"1.5.3. Interfaz Usuario-SistemaEl programa se encarg.ar¿i de:*Leer las medidas d<strong>el</strong> sistema a travc?s de la Tarjeta de Adquisici6n de Datos (flujo, humedadr<strong>el</strong>ativa, temperatura, pH, diferencia de presi6n. concenuaci6n de COZ) y d<strong>el</strong> puerto serie(cromatografía).0 Controlar partc d<strong>el</strong> equipo de cromatograffa y <strong>el</strong> equipo de alarma, y posteriormente <strong>el</strong> flujode <strong>aire</strong>, <strong>el</strong> volumen inyectado de contaminantes, y <strong>el</strong> resto d<strong>el</strong> equipo de cromatogdía.Almacenar las medidas d<strong>el</strong> sistema, tomadas peribdicamente.Permitir al usuario modificar y observar los par,Ametros de medici6n y de control, y observarlos resultados d<strong>el</strong> proceso.El programa fue clahmdo por <strong>el</strong> Ing. Sylvain Balerin, invitado por ORSTOM y la Embajadade Francia a cokthorar temporalmente con la UAM.7


El paso de la informaci6n entre los transductores y La PC se muestra en la fig. 2.1.EIS4- Conv. DIA +;-tI. ..I 'IIIUSDigitalI4:DigitalesI I I~"""""""""""""""""Caja de AcondicionamientoTarjeta RTI-82ÓFig. 2.1 - Paso de las Seffales entre <strong>el</strong> BioJltro y la PC8


2.1. La Tarjeta RTI-820 de Analog DevicesLa tarjeta R'I'I-820 contiene un convertidor ND y un convertidor DIA, ambos de 12 bits, con unalinea única de entrada y una línea única de salida analbgica. Pueden multiplexme varias lineasde entrada y de salida hacia las lineas de entrada y de salida irnicas; la multiplexi6n es controladapor 6 líneas de s<strong>el</strong>ecci6n de entrada y 4 líneas de s<strong>el</strong>ecci6n de salida, <strong>para</strong> un mtdmo de 64entradas y 16 salidas analbgicas. La entrada/salida anal6gica se efectúa a traves d<strong>el</strong> conectot de,26líneas llamado J1 en la tarjeta.Las conversiones An> pueden ser iniciadas por software, 6 ser dis<strong>para</strong>das por un pulso 7TL <strong>para</strong>sincronía con cventos externos. La tarjeta puede generar interrupciones al tennino de unaconversi6n Nn, 6 en caso de sobrecarga (cuando pretende iniciarse una nueva conversi6n cuandoaún hay otra en proceso). 3Por otro lado, la salida analdgica se implementa con un solo convertidor D/A y unmicroprocesador auxiliar. Cada salida tiene un amplificador de muestre0 y retencien (sample andhold amplifier) que mantendrCi la seiial de salida constante hasta que <strong>el</strong> microprocesador actualice<strong>el</strong> valor, lo cual ocurre una vez cada 2 ms. Un temporizador dentro d<strong>el</strong> micropmesador seencarga de que cada canal D/A sea refrescado peri6dicament.e. 'La entradalsalida digital se efectúa a traves d<strong>el</strong> conector de 50 lineas llamado 52 en la taxjeta.*Algunos parhnetros de ia tarjeta dependen de la configuraci6n de sus jumpers. Para <strong>el</strong>usaremos la siguiente configuraci6n:biofilt~o


Comov D14 usaremos <strong>el</strong> binario duecto (O a +4096), pues se adapta mejora las señales entregadas por los m6dulos de acondicionamiento que.usaremos, siempre positivas (Oa +5V). Por esta misma 1x2611 <strong>el</strong>egimos <strong>el</strong>D/A unipolar, siempre positivo.. .Para <strong>el</strong> km~o de esfableclmlento de las señales ' de entrada anal6gicas usamos <strong>el</strong> valorpresrablecido de fqbrica, pues es <strong>el</strong> que mejor se adapta a los mbdulos que usaremos, la serie 5B.Por último, <strong>el</strong> de c o n v m sed indicado por comando de software, pues, como se dijoantes, <strong>el</strong> tiemponoes critico y no es necesario sincronizar <strong>el</strong> inicio de conversi6n con eventoexterno alguno.I465092.2. Los M6dulos de Acondicionamiento 58 de Analog DevicesLos m6dulos se encargan de acondicionar las señales analdgicas de entrada <strong>para</strong> ajustarlas alrango d<strong>el</strong> convertidor ND en la tarjeta, y de acondicionar la señal de salida d<strong>el</strong> convertidor D/Ade la tarjeta <strong>para</strong> entregarla al exterior.La tarjeta RTI-820 soporta los siguientes mddulos 5B:e M@ulos de enu,?d?: Los m6dulos de entrada 5B amplifican y filtran la seaal de entrada,entregan una señal analdgica adecuada al convertidor A/D de la tarjeta, aislan la entrada hasta+1500 V. y ofrecen precisi6n de &0.05%~ y baja deriva (1pVPC). AdemSls contienen un switchanal6gico a la salida <strong>para</strong> permitir multipiexar las señales de varios m6dulos.Cada m6dulo de cntrada es un acondicionador diseñado como interfaz directa <strong>para</strong> señales deentrada and6gicas de termopares 6 sensores RTD, fuentes de voltaje grande 6 pequeño, deancho de banda amplio 6 estrecho; y comente de 0-20mA 6 4-20mA.O s dc salida: Los rn6dulo.s de salida 5B aceptan seílalcs k5V de la tarjeta RT1-820, yentregan una corricnle de 0-20mA 6 4-20111h a l a sidida. Cada m6dulo ofrece una precisi6n deM.058, aislamiento, y un mhximo vollaje de salida de 13V.2.3. El Multiplexor Analógico 5602 de Analog Devices


14 backplane se comunica con I;I larjeta K'II-X20 a traves de un cable plano de 26 bibs -que va d<strong>el</strong>concctor J 1 en la tarjcu, al concctor Ill en <strong>el</strong> backplane.2.4: La Caja de AcondicionamientoUsaremos una "Caja de Acorldicionru~iiento" <strong>para</strong> instalar:ooTI hackplane SR02 con sus mhdulos,Tres fuentes rcguladas de voltaje: LWD-1515 (i15V Q OSA) y VSlO-24 (+24V @ OSA) deI,unbda, y Y76 (+5V @ 3Al de Umegct,La terminal digital AC 1585- 1 de Omega, yoEl amplifiGldor <strong>para</strong> la seiial d<strong>el</strong> <strong>el</strong>ectrodo de pH.El backplane ya fue presentado, y la terminal digital y <strong>el</strong> amplificador de pH .se describirh m&ad<strong>el</strong>ante.2.5. Los Detectores2.5.1. Temperatura *Para medir temperatura se usarh 4 termopares tipo T de Omega, mod<strong>el</strong>o CPSS-18G-12 (0-200°C). <strong>para</strong> la temperatura d<strong>el</strong> agua en la cuba de saturaci6n (Ta 6 T4). la temperatura ¿le1<strong>aire</strong> a la entrada de la torre (T1 6 Te), la temperatura de la turba en <strong>el</strong> niv<strong>el</strong> 4 m), y latemperatura d<strong>el</strong> <strong>aire</strong> a la salida de la torre 03).Los 4 m6dulos de acondicionamiento correspondientes son d<strong>el</strong> mod<strong>el</strong>o 5B47-T-07; cada unorecibe la señal d<strong>el</strong> termopar de O a 200°C. y entrega una seiial de O a +5V proporcional a esaentrada.2.5.2. PresiónPara medir la diferencia en la presi6n d<strong>el</strong> <strong>aire</strong> a la entrada y a la salida de la torre (dP), seus,arA un transductor diferencial de presidn PX150-010-DI (O-lOwcd) de Cole Palmer, queentrega una corriente de 4-2OmA y requiere una alimentaci6n de +24V.L.a alimentaci6n sed tomada de la fuente VS10-24 en la Caja de Acondicionamiento, y la 8corriente 4-201nA sera la entrada <strong>para</strong> un m6dulo 5832-01, que entrega una seiial de O a +5Vde acuerdo a csa corricntc.2.5.3. pH13 sensor scri un clcctrtxlo de pUe Cole Palmer, mod<strong>el</strong>o PI E238 1 (O- 1O"pI I), que entregaun voltaje que disminuye alrededor de 60mVl"pH. y cuya impedancia de salida es de 500 MR25°C.11_"&"". .f


Qruebasv RutadosComo se dijo antes, la scAal d<strong>el</strong> termopar a 13 entrada de la lorre sería cnuegada tanto alcontrolador de temperatura como un m6dulo en la Caja de Acondicionamiento. Para estodebíamos comprobar que estas dos cargas en <strong>para</strong>l<strong>el</strong>o no afectaran a la señal. La pruebaconsisti6 en conectar <strong>el</strong> temopar al m6dul0, y enviar la lectura a la pantalla de la PC;entonces conectamos <strong>el</strong> controlador en <strong>para</strong>l<strong>el</strong>o con <strong>el</strong>. m6dulo. y vimos que la leclura nocambi6 en la PC, de modo que la impedancia de salida d<strong>el</strong> termopar es mucho menor que cl<strong>para</strong>l<strong>el</strong>o de las inqmlancias de entrada d<strong>el</strong> conuolador y <strong>el</strong> m6dul0, y puedeusarse así sinproblema alguno.Probamos leer la señal Ce un mismo tennopar con longitudes de cable diferentes, y observamosque la lectura si cambia, de mudo que usaxnos la misma longitud de cable <strong>para</strong> leer cadatemopar. Tambien observamos que la lectura cambia si se hace pasar la señal por un conectorAMP <strong>para</strong> desconexi6n rhpida, como los usados <strong>para</strong> las demb seiiales de entrada a la Caja deAcondicionamiento, de modo que <strong>el</strong> cakle de los termopares se conecta directamente a lasterminales <strong>para</strong> los m6dulos de acondicionamiento.Originalmente, <strong>el</strong> ventilador en la Caja de Acondicionamiento tenía un interruptor propio, demodo que podía encenderse y apagarse independientemente d<strong>el</strong> resto d<strong>el</strong> equipo en la Caja. Seobserv6 que encender y apagar <strong>el</strong> ventilador con <strong>el</strong> equipo restante encendido, provocaba qu<strong>el</strong>as fuentes reguladas de voltaje se bloquearan, cortando <strong>el</strong> suministro de energfa a losacondicionadores (esto se debe a que <strong>el</strong> ventilador es inductivo; encenderlo y apagarlo producecambios bruscos en <strong>el</strong> voltaje de la lfnea). Para evitar este problema se conect6 <strong>el</strong> ventilador alcircuito común, de modo que no hubiera cambios en la linea durante la operaci6n normal de laCaja.cAsí mismo, los fusibles usados en <strong>el</strong> circuito de alimentacidn de la compresora tuvieron que serde fusi6n lenta, pues la compresora tambien es inductiva, y durante <strong>el</strong> encendido y <strong>el</strong> apagadohay cambios bruscos en <strong>el</strong> voltaje de la kea.(.OUn accidente nos record6 la importancia de aterrizar <strong>el</strong> equipo. Al inicio la Caja deAcondicionamiento estaba aislada, y un cable su<strong>el</strong>to de la linea entr6 en contacto con <strong>el</strong> chasis,de modo que habfa 127 Vac errla superficie de la Caja. El Circuito de prueba de la parte digitalde la tarjeta fue armado en wire-wrap, y se dej6 que uno de los pines de una base, conectado ala tierra de la tarjeta (y de la PC), tw'm <strong>el</strong> chasis de la Caja. Tom6 2 meses enviar, arreglar yobtener de nuevo la tarjet?, y un poco nib recuperar la PC dañada.0 Otro error: Necesiclbamos un m6dulo acondicionador que obtuvier la señal O-5V d<strong>el</strong>flujcSlnztro, y entregara una señal O-SV a la tarjeta. pero s610 había m6dulos con entrada bipolar(kSV), por lo quesecncaug6 un m6dulo CUSTOM especial de esas características, y preciasuperior, por supuesto. Tiempo dcspues, revisando las especificaciones de los mMulos,encontramos que existe un switch anai6gico que se conecta en <strong>el</strong> backplane, y entrega a la PCuna copia d<strong>el</strong> voltaje leido (O-5V). Se hubiera ,ahorrado mucho dinero.Unn pcqucfin omisi6n fue concctau <strong>el</strong> cquipo ;I l a línea 127Vac sin verificar su citpacidad decorricnle, hasta que <strong>el</strong> breaker cort6 <strong>el</strong> suministro de encrgia al hiofiltro. La capacidadinslal:lda era 20 A. y nosotros usamos un radiador de 15A, la comprcsora de 15A, la rcsistenciade IOA, y mhs equipo (le consunw mcnor. Entonces se mmld6 mplinr la c:tpacidad de la linen.17


apretados, y una fuga ponla en contacto a l a s terminales <strong>el</strong>6ctricas de la resistencia con <strong>el</strong> agua.La solucidn fue simplemente evitar la fuga de agua.o Se enconu6 un inconvcnienle en <strong>el</strong> sistema de entrada de agua a la cuba de saturacibn. Tenerla vavula solenoide como sistema de respaldo <strong>para</strong> <strong>el</strong> caso en que fallara la vitlvula nleciinicasignifica que la vAlvula solenoide este encendida todo <strong>el</strong> tiempo, disminuyendo su tiempo devida dpidamente., La soluci6n seria invertir los pap<strong>el</strong>es, de modo que la vAlvula solenoidefuera apagada al llegar <strong>el</strong> agua al niv<strong>el</strong> deseado, y se encendiera s610 en caso de quedisminuyera <strong>el</strong> niv<strong>el</strong> d<strong>el</strong> agua; la v4lvula mecfinica serla <strong>el</strong> respaldo en caso de que fallara <strong>el</strong>sistema <strong>el</strong>tktrico, sin que <strong>el</strong>lo afecte su tiempo de vida útil.Por <strong>el</strong> momento <strong>el</strong> control no es completo, pues faltan <strong>el</strong> controlador de flujo de <strong>aire</strong>, <strong>el</strong> controladorde flujo de contaminantes, y <strong>el</strong> equipo de cromatografía disponible <strong>para</strong> adaptarse a la tarjeta decontrol.


Desanollar un ProyectoTerminalcon OUdS .keas dcntro de la mismaUniversidadconjugavariascaracteristicas que dificilmente pueden encontrarse juntas en UII proyecto desarrollado en formaindividual:ohede comprobarse su efectividad El proyecto es la soluci6n a un problema que existe en esemomento, de modo que se Majar6 y se verifi& <strong>el</strong> funcionamiento correcto sobre caso <strong>el</strong> real.0 Es útil: Ayuda a otras &reas de la Universidad en la soluci6n de sus problemas, ofreciendo muchasveces alternativas que significarh un ahorro de tiempo, de trabajo y/6 de dinero. Por esta mismaraz6n <strong>el</strong> trabajo puede servir como proyecto terminal 6 como servicio social.o Ofrece experiencia: AI trabajar en problemas reales, disponiendo de equipo sofistificado,trabajando con personal capacitado en cada &rea, estableciendo contacto con otras empresas y16instituciones r<strong>el</strong>acionadas con <strong>el</strong> problema.o Ofrece perspectivas: Puede surgir un mutuo inter& entre al alumno y las personas con quienestrabaja, que sirva como base <strong>para</strong> continuar trabajando <strong>el</strong> en futuro.Los proyectos desarrollados con empresas 6 instituciones fuera de la Universidad tambikn tratan consoluciones a problemas actuales, pero aún asi puede tener ventajas desarrollar proyectos con otrasdentro de la Universidad:3tDistancias: Se ahorrara muchotiempoqueseusaría<strong>para</strong>transportarse d<strong>el</strong> centro de estudio alcenm de desarrollo d<strong>el</strong> proyecto.o Aplicaci6nenproblemasdevanguardia:Generalmente,en la Universidad se tratarh problemasde actualidad, <strong>para</strong> los que aún se buscan soluciones en muchos lugares diferentes. Inclusive, estosproblemas pueden no formar parte de la pre<strong>para</strong>cidn acad6mica. ya sea porque se trata de un &'eadiferente a la d<strong>el</strong> estudiante, 6 porque aún no se han incluido en los planes de estudio, de modoque se adquirirb conocimientos que serian diMciles tie obtener de otra forma.Espacio <strong>para</strong> la creíítividad: Si <strong>el</strong> problema 6 la soluci6n sonnuevos, 6 si las soluciones esWdatno son viables, <strong>el</strong> alumno tendr6 oportunidad de pensar en alternativas diferentes, evaluar suviabilidad, y aplicar la mejor soluci6n.La libemd <strong>para</strong> implenlentar soluciones puede dar suficientecuerda<strong>para</strong>ahorcarse; es necesarioencontrar un balance entr<strong>el</strong>oque sed adquirido y lo que sera desarrollado. Elaborar programas 6circuitos sinlilares a otros existentes no tiene caso, a menos que la ventaja econ6mica sea muy grande.Ea suma, dchc fomentarse la interdisciplina entre las diferentes keas de la Universidad, en este casoentre <strong>el</strong> Area de Electrhnica y las dcm& Si los profesores de un Arca comunican sus problemas a losprofesores de esu fueu, pueden pl;~nte;use proyectos a los :rlumnos, que sirvan como altemativas <strong>para</strong>los proycctos quc los x!1:wnos se proponen, 6 <strong>para</strong> los que podrían desarrollarse fuera de I:1I Jnivcrsidad.


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