Posts Tagged ‘Instalaciones Térmicas’

Feb
03

Sensores en Arduino (I): Temperatura

En Configuración de Instalaciones Domóticas y Automáticas de 2º curso del CFGS de Sistemas Electrotécnicos y Automatizados estamos ahora dedicando unas horas a la semana a la configuración de sistemas domóticos, para lo cual estamos integrando diferentes tipos de sensores en placas Arduino y elaborando algunas aplicaciones de control domótico en sistemas no propietarios.

Un caso especialmente interesante son los sensores de temperatura, en los cuales nos centraremos especialmente en los termistores NTC y los sensores de unión semiconductora (LM35 y TMP36), dejando fuera los RTD y termopares, que integraremos en sistemas automatizados basados en autómata programable.

En el caso de los termistores NTC, estamos trabajando con termistores NTC de 10K, con un rango de medición de -80ºC a 150ºC (de sobra para las aplicaciones que queremos diseñar).

Termistor NTC 10K

El principal problema que plantean los termistores a la hora de emplearlos en aplicaciones de control de temperatura es sin duda la no linealidad de la curva R/T. Por contra, ofrecen gran sensibilidad, precisión y bajo coste frente a otro tipo de sensores. Su integración en sistemas domóticos, y en este caso en Arduino, exige una modelización de la curva R/T, teniendo en cuenta que en este tipo de sensores, una pequeña variación de la temperatura provoca una gran variación de la resistencia asociada. En este caso, al ser NTC, un aumento de temperatura provoca una gran disminución de la resistencia y viceversa.

El método más corriente para modelizar la curva R/T de los termistores NTC consiste en aplicar la ecuación de Steinhart-Hart, que relaciona la temperatura con la resistencia de la forma:

Steinhart-hart

a,b y c son parámetros específicos de cada tipo de sensor, y por tanto deben ser determinados o especificados por el fabricante. En el caso de sensores NTC como es nuestro caso, es posible simplificar la ecuación de Steinhart-Hart por:

Steinhart-Hart NTC B

donde el parámetro B (beta) es específico de cada material (y además varía con la temperatura), To es la temperatura base de referencia (25ºC o 298.15 ºK) y Ro es la resistencia a esa temperatura de nuestro sensor (10K en nuestro caso).

Naturalmente, para poder modelizar las ecuaciones necesitamos conocer los valores de a, b y c o bien los valores de B, sin lo cual no podemos hacer gran cosa. El fabricante para este caso nos ofrece diversa documentación que será necesario diseccionar para poder averiguar aquello que nos interesa. Para el caso de los termistores de 10K (tipo F), el fabricante nos ofrecen las características de los mismos, dentro de las cuales podemos ver:

Termistores tipo F 10K

es decir, el fabricante ha modificado ligeramente la ecuación de Steinhart-Hart y nos ofrece valores de a, b, c y d para su modelización R/T (que no es la misma que la original y por tanto los coeficientes no son trasladables). Introducir la ecuación ahora en un sketch para Arduino es sencillo. El único problema se presenta a la hora de conocer los valores de Rth/R25, ya que en función de ellos debemos seleccionar a, b, c y d y además hallar Rth.

Para solucionar el primer problema, el fabricante nos proporciona además en el mismo documento una tabla de Rth/R25 a diferentes temperaturas. Podemos ver cómo en el rango entre 0ºC y 50ºC, que es donde utilizaremos nuestro sensor, nos situamos entre 0.36036 y 3.274, por lo que los valores de a, b, c y d nos quedan fijados.

Rth/R25

Para solucionar el segundo problema (hallar Rth), es necesario transformar las variaciones de tensión en el pin analógico de Arduino en variaciones de resistencia. Podemos hacerlo con un montaje sencillo de la siguiente forma:

NTC 10K Arduino

De este modo, analizando de forma sencilla el circuito, podemos concluir que Rth= (1024 x 10000 / (lectura A0)) – 10000. La lectura de A0 variará entre 0 y 1023, de modo que 0 corresponde a 0V en A0, y 1023 corresponde a 5V. De este modo, podemos hallar el valor de Rth en función del valor de lectura en el pin analógico. Introducimos igualmente dicha ecuación en Arduino, de forma que nos queda algo como:

El código anterior nos devolverá cada medio segundo el valor en ºC medido por el termistor NTC 10K.

Es posible no obstante plantear el código empleando para ello el parámetro B para nuestro termistor NTC. En este caso, podemos fijarnos en la tabla que el fabricante nos adjunta para termistores tipo F, donde se detalla el valor de B para cada rango de temperaturas. A pesar de que B no es constante con la temperatura, es posible considerarla más o menos constante por rangos:

Valor de B con la temperatura

De este modo, para nuestro caso podemos considerar su valor como 3895, y plantear ahora el código anterior como:

Obteniendo de esta forma valores muy similares a los obtenidos con el código anterior, por lo que la modelización puede considerarse correcta. En otro artículo plantearemos la simplificación obtenida (con los consiguientes sacrificios) al emplear sensores basados en unión semiconductora como los LM35 o TMP36.

Feb
17

Autómatas Programables en las Instalaciones Térmicas y de Fluidos

Recientemente he estado dando un curso en el IES San Roque de Badajoz organizado por el CPR de Badajoz sobre Introducción a los Autómatas Programables y su aplicación a las Instalaciones Térmicas con tecnología Siemens (s7-200 y S7-1200) y he tenido que elaborar material para el curso que dejo aquí colgado por si a alguien le puede interesar para sus clases.

Siempre es un placer volver por allí y pasar buenos ratos en unos magníficos departamentos de Instalación & Mantenimiento y Energía & Agua, a pesar tristemente del equipo directivo de centro.

Mil gracias a los compañeros y asistentes que han hecho este material posible.

May
11

Recortes encubiertos

El pasado 30 de Diciembre de 2010 se aprobaban, como conocerán aquellos que tengan alguna relación con la familia profesional de Instalación y Mantenimiento, los Reales Decretos que establecían los títulos LOE de Técnico correspondientes a los Ciclos Formativos de grado medio de Instalaciones de Producción de Calor, y de Instalaciones Frigoríficas y de Climatización, títulos que derogan ambos al hasta ahora existente Ciclo Formativo LOGSE de Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor.

La razón original de este desdoble de campos en las nuevas titulaciones obedece fundamentalmente a la búsqueda de la especialización del técnico en el sector de las instalaciones: lo que antes se impartía bajo una misma titulación en los campos de instalaciones de frío y de producción de calor, ahora lleva un desdoble que contribuye a una mayor profundidad en el conocimiento técnico del campo y una mayor amplitud en la formación de los técnicos en un campo que requiere de conocimientos muy específicos y como en cualquier sector técnico, continuamente cambiante. Por supuesto, la obsolescencia de los currículos técnicos es otra poderosa razón motivadora del cambio, más que necesaria en nuestro ámbito.

Es lógico pensar que, especialmente en áreas o comunidades cuyo desarrollo tecnológico y especialización no sean especialmente importantes (como sin duda es el caso de Extremadura), gran parte del mercado laboral del sector de las instalaciones térmicas está completamente diversificado, de forma que sin las instalaciones de frío o climatización por un lado, y sin las instalaciones de producción de calor por otro, no pueden subsistir.

Esa misma lógica dice que irremisiblemente debemos preparar a nuestros alumnos para que sus conocimientos técnicos de cara al mercado laboral abarquen ambos campos, tal y como hasta ahora hacía el Ciclo Formativo LOGSE de Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de frío, climatización y producción de calor.

En esa línea, al menos esa era la idea que hasta no hace demasiado teníamos, se venía trabajando en las Comunidades Autónomas a la hora de implantar los ciclos de acuerdo a sus currículos propios en este sinsentido de currículos de distinto pelaje a gusto propio que tenemos en cada zona. Al menos así era en Extremadura.

Hace apenas una semana, y ya con la mosca detrás de la oreja visto lo que había ocurrido en comunidades como Andalucía, nos comunican desde la Dirección General de Formación Profesional de la Consejería de Educación de Extremadura que, de cara al curso siguiente, y puesto que el Ciclo LOGSE desaparece diversificado en dos, debemos elegir cuál de los dos ciclos (instalaciones de frío y climatización, o instalaciones de producción de calor) va a ser ofertado en nuestro centro con vistas al curso 2011/2012 y de este modo sustituir el hasta ahora Ciclo Formativo de Montaje y Mantenimiento. Después de la cara de estupor tras intentar descifrar el escrito, uno llega a varias conclusiones:

1- Es evidente que el comunicado tiene un más que evidente trasfondo económico. Ofertar dos ciclos formativos donde hasta ahora se ofertaba únicamente uno supone, según el criterio de la Dirección General de FP, el doble de asignación económica para dotación de ciclos, el doble de asignación económica anual para materiales, y el doble de coste de profesorado. El ahorro económico es perfectamente plausible. Simplemente las cuentas no son esas: es necesario tener en cuenta en primer lugar que el primer curso de ambas titulaciones es idéntico, por lo que se puede recurrir, según la oferta formativa, a un primer curso común. El gasto de la dotación tampoco es tal: aquellos centros que ya tenían instaurado el ciclo LOGSE disponen de la mayoría de los equipos y materiales para hacer frente a ese desdoble de segundo curso (que además es a dos años vista), y en cuento al mayor gasto de materiales de consumo por supuesto será mayor. Es lo que tiene ampliar ofertas formativas.

2- Una de las principales diferencias de Extremadura con otras comunidades (como Andalucía) en lo referente a la difusión del actual ciclo LOGSE de Montaje y Mantenimiento es su escasa difusión. Son sólo 3 los centros que actualmente lo imparten, y en ningún momento se ha previsto coherencia de implantación para los nuevos desde la Dirección General. Cada centro debe decantarse por aquel que, de acuerdo a criterios propios, considere más apropiado de acuerdo a su entorno y previsible demanda, pudiendo darse el caso de que los 3 puedan decantarse por Instalaciones de Frío y Climatización, y resultando de esto que NINGÚN centro público en Extremadura oferte enseñanzas para formación en instalaciones de producción de calor a nivel de técnico. Tanto si se debe a falta de planificación como a intereses con otro trasfondo, da que pensar.

3- En cada uno de estos 3 centros, el abandono de una de las ramas de instalaciones térmicas y de fluidos supone automáticamente un abandono de equipos que hasta ahora están desempeñando un papel fundamental en la formación de los alumnos, y que han costado mucho esfuerzo, tanto económico como logístico, conseguir por parte de los centros. ¿Abandonamos las calderas?. ¿Nos olvidamos de las cámaras de frío?. Todos sabemos que los políticos de la Administración sólo se preocupan del dinero por gastar, y no del ya gastado, pero la situación que surge de obsolescencia programada (en este caso, quizás mejor dicho no programada), tiene difícil solución.

Naturalmente, estas 3 razones pueden multiplicarse por 10, y no soy tan ingenuo como para pensar que el razonamiento puede cambiar voluntades políticas (que encima obedecen a razones económicas, o sea, el no va más) en la Administración educativa. Lo que está claro es de alguna forma hay que expresar los pareceres de cada uno. Y lo que también es meridiano es que, pese a todo el bombo y fotos satinadas acerca del fomento de la Formación Profesional, las manos izquierdas (es sólo una expresión, sin intención de expresar voluntades políticas) operan lejos de donde puede verse en las portadas de los periódicos. Eso sí, aunque suene demagógico, para presentar con tambores y platillos la nueva Ley de Educación de Extremadura, para eso sí hay dinero.

Lo de siempre.

Mar
04

Soldadura en el ámbito de montaje de instalaciones (2)

Me quedaba en el post anterior en aquellos tipos de soldadura eléctrica que se basaban en el fenómeno de establecimiento del arco a través del aire para de esta forma aumentar la corriente circulante y conseguir la fusión de los materiales de aporte y la unión de los materiales base objeto de la soldadura.

En este caso podemos distinguir dos grandes grupos: aquellos tipos de soldadura por arco que no protegen la atmósfera circundante de la zona soldada, con la consiguiente oxidación de material sobre el cordón (escoria) y aquellos tipos que, empleando algún tipo de gas poco reactivo que rodea la zona a soldar, consiguen que el cordón no presente oxidación superficial, logrando de este modo una soldadura más uniforme y de mejor aspecto con ciertos materiales base. El primer tipo es la soldadura eléctrica por arco común mientras que en el segundo tipo entran las soldaduras TIG (Tungsten Inert Gas) y las soldaduras MIG (Metal Inert Gas) y MAG (Metal Active Gas). Algunos videos ilustrativos de cada tipo:

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Si recurrimos al uso de soldadura TIG, en los siguientes videos (secuencialmente ordenados, y de no muy buena calidad de audio y video pero de muy buen contenido) podemos ver algunos aspectos básicos de esta técnica:

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En las soldaduras MIG y MAG también emplearemos atmósferas controladas (en el primer tipo mediante gas inerte tipo Argón o incluso Helio y en el segundo tipo mediante gas activo como CO2), y en este caso electrodos consumibles para lograr la soldadura de aceros al carbono o hierro (MAG) o aceros inoxidables o aluminios en el caso de la MIG. En los siguientes videos podemos ver algunos aspectos interesantes de este tipo de soldadura, como su empleo y la regulación de los equipos:

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4. Soldadura plástica

Hasta ahora hemos estado haciendo referencia exclusivamente a soldadura de materiales metálicos, que es el campo tradicional de la soldadura, si bien últimamente las técnicas de soldado se aplican también a materiales plásticos para lograr una unión permanente y segura, usando técnicas como la termofusión y la electrofusión.

La primera de ellas (termofusión) se basa en poner en contacto materiales plástico como el Polipropileno y aumentar la temperatura de la zona de unión para lograr una fusión del material y la consiguiente unión, dejando posteriormente solidificar con el enfriado.

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La técnica de electrofusión, si bien basada en el mismo principio, se diferencia de la primera en que los accesorios de unión llevan incrustados resistencia de calentamiento (manguitos electrosoldables), para al hacer pasar una corriente eléctrica por ellas, conseguir la fusión de las piezas por efecto Joule en el conductor eléctrico.

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Y con esto y un bizcocho espero haber hecho un pequeño resumen instructivo de lo visto hasta ahora en Procesos de Montaje de Instalaciones. Sabéis que algunos tipos de soldadura los trabajaremos de sobra en clase (blanda, fuerte, eléctrica por arco común e incluso TIG) mientras que otros tipos, bien por no estar circunscritos al ámbito de las instalaciones térmicas y de fluidos o por ser necesario disponer de maquinaria y aparamenta específica para realizarlas, no los veremos como tal en el taller. Cualquier duda, ya sabéis donde encontrarme.

Mar
04

Soldadura en el ámbito de montaje de instalaciones (1)

Como ya sabéis (y esto va especialmente dirigido a mis alumnos de Montaje de Instalaciones Térmicas y de Eficiencia Energética), os prometí un post recopilatorio donde se reflejaran todos los videos ilustrativos de los distintos tipos de soldadura que hemos ido viendo en clase, unos más circunscritos al ámbito de instalaciones térmicas y otros menos, pero al fin y al cabo se trata de tener una imagen visual, descriptiva sin profundizar en exceso (ya lo haremos durante las prácticas de cada uno de los tipos de soldadura) para tener una clasificación conceptual de los distintos tipos a manejar más comunes y usuales en el ámbito de las instalaciones.

Por último deciros que, a pesar de que posiblemente en cursos posteriores elaboremos nosotros mismos los videos ilustrativos, de momento son todos prestados. Podéis encontrarlos en Youtube, Vimeo o Dailymotion. Ahí va un pequeño resumen:

1. Soldadura blanda

Si recordáis, la soldadura blanda está especialmente indicada (Wikipedia dixit) para la soldadura de metales como cobre, latón o incluso hierro) mediante la aportación de metales (usualmente aleaciones estaño plata para las instalaciones de fluidos) de bajo punto de fusión.

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2. Soldadura fuerte

Para aquellas uniones de materiales metálicos que tengan que soportar altas temperatura y/o presiones, o bien la criticidad de la instalación así lo exija, se recurre a materiales de aporte con un punto de fusión superior (alrededor de los 800ºC), y con la necesidad añadida de adicionar oxígeno a la mezcla combustible, ya que para alcanzar esas temperaturas no bastará con el oxígeno ambiente. De aquí surgen las soldaduras oxibutánica y oxiacetilénica, en función de si el material combustible es butano o acetileno respectivamente.

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Si nos centramos en la oxiacetilénica, aquí tenemos un buen video descriptivo:

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3. Soldadura eléctrica.

Dentro de la soldadura eléctrica (entendiendo por ésta toda aquella que se basa en el aumento de temperatura en materiales base y de aporte mediante la circulación de la corriente eléctrica, y no sólo en aquellas que se basan en establecimiento de arco) tenemos muchas variantes: desde soldadura por resistencia, a soldadura por inducción, pasando por la soldadura por arco protegido o no protegido, de las que derivan las TIG, MIG y MAG.

Dentro de la soldadura por resistencia tenemos también sus variantes: soldadura por puntos, por resaltes, por costura y soldadura a tope. Vayamos con algunos videos para ilustrarlas:

En la soldadura por puntos, podemos ver cómo un equipo portátil es suficiente para la unión de elementos de poco espesor:

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En la soldadura por costura y soldadura a tope también empleamos la corriente eléctrica para el cerrado de elementos metálicos mediante costura de soldadura o bien mediante la aplicación de presión y corriente eléctrica simultánea, como podemos ver en el siguiente video de la SME:

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En cuanto a la soldadura por inducción, se basa en la creación de campos magnéticos para inducir corrientes de alta frecuencia en el material base y con eso conseguir la fusión del material de aporte y la consiguiente soldadura:

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Si ya nos centramos en la soldadura eléctrica por arco, tenemos igualmente numerosas variantes en función de la protección o no del arco, incluso del tipo de material de aporte empleado o la fuente de potencia (AC o DC) usada para tal fin, pero por no extenderme demasiado en un único post, lo dejamos para el siguiente.

Espero que os resulte útil.

 

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