Diagrama solución del sistema

Para el desarrollo del prototipo entregable del proyecto, se desarrolló en un diagrama donde se explican los módulos en los que fue dividido para un fácil y mayor entendimiento

Bloque energía renovable: para la obtención de energía renovable se hace el uso de un panel solar, el cual trabaja a 12v y un controlador de carga el cual se encarga de recargar la fuente de alimentación

Bloque fuente de alimentación: este bloque es el encargado de dar la energía de alimentación a todo el sistema, se decide usar una batería de 12v recargable de un amperaje 36A que permita trabajar bien a todos los componentes del sistema además de ser de ciclado profundo para que permita descargar y recargar la batería muchas veces

Bloque de adecuación de voltaje: en este bloque se encuentra dos elementos importantes el primero de ellos un inversor AC-DC para poder alimentar el compresor con la batería y el otro un regulador DC-DC para bajar voltaje y poder alimentar el controlador

Bloque Conversión H/A: Para la condensación se utiliza un sistema de refrigeración y se toma el líquido que se acumula en el radiador del sistema

Bloque recolección agua: este bloque tiene dos partes primeo almacenar el agua por medio de la ayuda de la gravedad y la segunda es un tanque en donde está el líquido hasta que sea solicitado por el usuario

Bloque Controlador: El bloque controlador es donde se encuentra el dispositivo que estará encargado de realizar todo el control al sistema, para este proyecto se utiliza una raspberry pi a la cual se le realizaran las adecuaciones para reconocer los sensores necesarios

Bloque programación: este bloque es donde se programará el dispositivo. con la lógica necesaria para leer los sensores que se utilicen y el actuador, además de controlar o enviar datos a la interfaz para que se pueda saber en todo momento que está sucediendo con las variables del sistema . Para este caso se utiliza el software de programación Codesys

Bloque interfaz: como su nombre lo indica es una interfaz en donde se puede visualizar como está trabajando el sistema, de acuerdo a sus sensores e interactuar sobre alguna de las variables del sistema la interfaz para este caso se realiza en el software Codesys

Bloque sensores: en este bloque es donde se encuentran los sensores que son para monitorear el sistema. Para nivel se usa un sensor de nivel por alto, la temperatura se mide mediante un sensor DS18B20 . La calidad del aire con un MQ135 y para medir la humedad junto a la temperatura ambiente un DHT22 .podrían variar el sensor de acuerdo a las pruebas que se realicen durante la ejecución del proyecto

5.2 Sensores

Sensores de Temperatura

La temperatura se puede medir utilizando un dispositivo el cual transforma los cambios de temperatura en cambios en señales eléctricas los cuales son procesados por equipo eléctrico o electrónico, existen diferentes tipos. Todos ellos infieren la temperatura al detectar algún cambio en una característica física. Hay varios tipos de sensor de temperatura: termopares, dispositivos de temperatura resistivos (RTD y termistores), radiadores infrarrojos, dispositivos bimetálicos, dispositivos de dilatación de líquido, y dispositivos de cambio de estado.

Los sensores de temperatura se utilizan para variados propósitos, como el control de sistemas de refrigeración, laboratorios, procesos automotrices, siendo generalmente utilizados en procesos industriales. La medida de la temperatura ocurre típicamente en líquidos o a través de contacto con la superficie. La medida del contacto no se requiere siempre, sin embargo existen en el mercado los sensores que pueden hacer una medida de calor sin contacto físico. Esto se hace normalmente con el uso de la tecnología infrarroja Fuente especificada no válida.Para seleccionar un sensor existen varias consideraciones que se deben tener en cuenta, el proceso de selección depende de las necesidades del diseño, el sensor debe ser capaz de medir una gran gama de temperaturas con el mínimo error posible, así como también la velocidad de respuesta de éste.

Sensores Integrados de temperatura

Existen gran número de fabricantes que producen Circuitos integrados, los cuales son muy adecuados para medir temperaturas. Estos circuitos son utilizados generalmente para medir temperaturas cuando se usa un sistema de toma de datos.

Estos circuitos, por lo general tienen tres pines: tierra, alimentación (Vc entre 5 a 15V) y una salida. Estos circuitos producen una señal muy lineal y calibrada, por lo general producen ente 1 y 10 mV/C. El rango usual de estos termómetros se encuentran normalmente entre los -10ºC y 120ºC. Estos sensores integrados, son de bajo costo, hay gran variedad en el mercado, con un error de aproximadamente 0.5 °C.Las Ventajas de los Sensores Integrados son la linealidad, fácil calibración y bajo costo. Trabajan con rangos de voltajes, los cuales permiten fácil interacción con otros dispositivos. Gracias a estas prestaciones se elige el sensor de temperatura DS18B20

Figura 29 Sensor de temperatura DS18B20 con características PARA METR O SYMBO L CONDICION MIN TY P MA X UNI TS Supply Voltage

VDD Local power (Note 1) +3.0 +5.5 V

Pullup Supply Voltage VPU Parasite power (Notes 1, 2) +3.0 +5.5 V Local power +3.0 VD D Thermometer Error tERR -10°C to +85°C (Note 3) ±0.5 °C -55°C to +125°C ±2 Input Logic- Low VIL (Notes 1, 4, 5) -0.3 +0.8 V Input Logic- High

VIH Local power _(Notes 1,6) +2.2 The lowe r of 5.5 or VDD + 0.3 V Parasite power +3.0

Sink Current IL VI/O = 0.4V 4.0 m

A Standby

Current

IDDS (Notes 7, 8) 750 1000 nA

Tabla 7 Parámetros eléctricos de DS18B20

El DS18B20 utiliza el protocolo de comunicación 1-wire. 1-Wire es un protocolo de comunicaciones en serie diseñado por Dallas Semiconductor. Está basado en un bus, un maestro y varios esclavos de una sola línea de datos en la que se alimentan y que se utiliza para el intercambio de datos. Por supuesto, necesita una referencia a tierra común a todos los dispositivos.

Figura 30 Comunicación ONE-WIRE DS18B20

Características protocolo 1-wire:

 Cada dispositivo tiene un número de identificación, único e

 Inalterable (64 bits).

 El maestro inicia y controla la comunicación.

 Esta comunicación se produce mediante Time Slots de 60 Microsegundos.

 Los esclavos se sincronizan con el reloj del maestro a través de la línea. La comunicación se realiza en tres fases:

1. Reset/Sincronización de dispositivos.

2. ROM Command, seleccionar un dispositivo.

3. Función con uno de los dispositivos (Memory Command).

Algunas veces la comunicación puede reiniciarse después de hacer un

Comando de ROM, si así lo considera el master.Fuente especificada no válida.

Sensor de Humedad y Temperatura DHT 22:

Es un sensor de humedad y temperatura de bajo costo con una interfaz digital. El sensor está calibrado y no requiere componentes adicionales por lo que basta con conectarlo para comenzar a tomar mediciones de humedad relativa y temperatura. El Sensor de humedad y

temperatura DHT22 usa un protocolo de comunicación serial propio que ocupa sólo una conexión en uno de sus pines.

Figura 31 DHT22 y características

Sensor de calidad del aire:

La materia prima para la obtención del agua en proyecto es la humedad en el aire, por esta razón resulta lógico establecer un monitoreo constante de las condiciones en cuanto a calidad y características en tiempo real de la calidad del aire en el entorno y basado en ello se determina la operación o no del dispositivo.

Para monitorear esta variable se utiliza un sensor I2C VOC / eCO2. Sensor de Calidad del Aire CCS811 fabricante: Adafruit. Este sensor de AMS es un sensor de gas que puede detectar una amplia gama de Compuestos Orgánicos Volátiles (COV) y está diseñado para monitorear la calidad del aire en interiores. Cuando se conecta a su microcontrolador devolverá una lectura de Compuestos Orgánicos Volátiles Totales (TVOC) y una lectura equivalente de dióxido de carbono (eCO2) sobre protocolo I2C. También hay un termistor incluido que se puede utilizar para calcular la temperatura ambiente local.

 Mide la concentración de eCO2 (dióxido de carbono equivalente calculado) dentro de un rango de 400 a 8192 partes por millón (ppm)

 Mide la concentración de TVOC (Total Volatile Organic Compound) dentro de un rango de 0 a 1187 partes por billón (ppb).

 Según la hoja técnica puede detectar Alcoholes, Aldehídos, Cetonas, Ácidos Orgánicos, Aminas, Hidrocarburos Alifáticos y Aromáticos

Dentro del proyecto El CCS811 es utilizado usando su pin de interrupción configurable el cual se activa cuando una conversión está lista y / o cuando una lectura cruza el umbral establecido previamente.

Figura 32 MQ135 y características

Actuadores

Son dispositivos finales que permiten operar las variables a controlar en un automatismo, compuesto por elementos que ejercen de interfaces de potencia, convirtiendo magnitudes físicas en otro tipo de magnitud que permite actuar sobre el medio o proceso a controlar. También son un mecanismo que aísla la parte de control del sistema de las cargas que gobiernan el proceso, Para el desarrollo del proyecto se utilizaran como actuadores los relés de estado sólido.

Relé de estado sólido: es básicamente lo que su nombre indica, un integrado que actúa como un relé mecánico. Los relés de estado sólido tienen ventajas con respecto al modelo mecánico. Permite controlar grandes cargas con voltajes bajos y con mucha menos intensidad necesaria ya que al no tener bobinado la corriente de conmutación es mínima. También, al no tener piezas mecánicas, pueden ser conmutados mucho más rápido y su duración es mayor que un relé convencional.

Figura 33 Relevo estado solido

Ventilador: Es un dispositivo electromecánico giratorio cuya función es la de impulsar un flujo de aire Un ventilador de ordenador consta de varias partes: el motor, la circuitería de control del motor, el conector, el rotor (las aspas) y el marco del ventilador.

Figura 35 Circuito medición rpm y control velocidad interna del ventilador El sensor Hall es un circuito que permite detectar la velocidad de giro del ventilador

Control de velocidad del ventilador: El motor del ventilador dispone de una circuitería interna. Ésta circuitería se puede utilizar para regular la velocidad del ventilador. Existen dos formas fundamentales de regular esta velocidad:

Voltaje: Se puede variar la velocidad de un ventilador disminuyendo el voltaje de entrada al electroimán. Un menor voltaje generará un campo electromagnético de menor fuerza y provocará que el motor gire más despacio. Ésta es la forma más sencilla de regulación de velocidad de un ventilador.

PWM: Se puede regular la velocidad de un ventilador conectando al electroimán un voltaje a pulsos en lugar de un voltaje constante. Los pulsos de voltaje se convierten en “impulsos” al electroimán, y al reducir el tiempo que se está aplicando fuerza sobre el electroimán, se reduce efectivamente la velocidad del mismo. Estas señales a pulsos se conocen como señales PWM (“Pulse Width Modulation”). Una señal PWM tiene dos características importantes: Frecuencia: Las señales PWM que se utilizan para regular ventiladores son normalmente ondas cuadradas periódicas de 12V, El tiempo de cada repetición (nivel alto más nivel bajo de señal) se conoce como periodo de la señal. El inverso de este tiempo es lo que se conoce como frecuencia y se mide en hercios. Por ejemplo, si el periodo de la señal es de 50us.entonces la frecuencia correspondiente de esa señal es 1/50ns = 20 KHz. La frecuencia de la señal PWM no afecta en absoluto a la velocidad de un ventilador,

Ciclo de trabajo: (“duty cycle”): La proporción del tiempo que está la señal a nivel alto con respecto al tiempo que está a nivel bajo en cada periodo es lo que se conoce como ciclo de trabajo. Esto es lo que realmente afecta a la velocidad del ventilador. Un regulador PWM de velocidad de un ventilador lo que hace realmente para variar la velocidad es variar el ciclo de trabajo. [8]

Ventiladores de 4 pines PWM

Estos ventiladores incluyen también el sensor Hall, pero además tienen dos entradas diferentes para la alimentación de los circuitos y el control PWM. Como hemos visto anteriormente al hablar del motor, en el esquema de la circuitería de ventiladores de 4 pines PWM, el sensor Hall (y el resto de circuitería de control) están permanentemente alimentados con 12V, y el electroimán se controla con el cuarto pin, al que se conecta una señal PWM de alta frecuencia.

El estándar de funcionamiento de estos ventiladores está especificado en este documento. El esquema de pines es el siguiente, aunque muy pocos fabricantes siguen el esquema de colores fijado en el estándar:

Para nuestro proyecto tras realizar pruebas con diferentes modelos, se implementó un ventilador referencia PFC0612DE-F00 por ser este quien ofreció mejor eficiencia y mayor flujo de aire dentro de la gama de ventiladores 12 VDC

técnica/de Catálogo PFC0612DE-F00

Proveedor Delta Product Groups

Categoría ventiladores, Gestión térmica

voltaje-Nominal 12VDC

potencia (W) 16.8 W

Tipo De rodamiento Bola

tamaño/Medidas Square-60mm L x 60mm H x 38mm W

el Flujo de aire 67.8 CFM (1.92 m? 3;/min)

Características Control PWM; Sensor de Velocidad (Tacómetro)

Terminación 4 Cables de Alambre

Tipo De ventilador tubo axial

Ruido 61.5 dB (A)

Presión estática 2.129 en H2O (530.3 Pa)

Peso 0.287 libras (130.12g)

rango de Corriente 1.40ª

Rango de voltaje 10.8 ~ $ number VCC

Temperatura de funcionamiento 14 ~ 140 ° F (-10 ~ 60 ° C) la Esperanza de vida 50000 horas 40 ° C

Tabla 8 de características ventilador

Figura 36 Diagrama flujo aire del ventilador