Baño termostatizado digital para la fermentación de biocompuestos

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(1)Baño Termostatizado Richard S. González R. Diego F. González Q.. Baño Termostatizado digital para la fermentación de biocompuestos Richard S. González R. Diego F. González Q.. RESUMEN El siguiente documento se realiza con el fin de aprender a diseñar, construir, implementar y automatizar los procesos en un sistema de baño termostatizado. Todo esto estudiando los diseños y problemas de los baños termostatizados actuales. Palabras Clave— baño termostatizado, Raspberry, termocupla, microcontrolador, Putty, VNC. . A. Partes Básicas.. I. INTRODUCCIÓN. E. l siguiente proyecto hace referencia a un baño termostatizado partiendo de un instrumento de laboratorio de precisión diseñado para controlar la temperatura de un líquido, y de igual manera poder generar trasferencia de temperatura a una sustancia solida o liquido;. mediante lo que se conoce como baño maría o en termodinámica un baño térmico. Este instrumento tiene múltiples usos como lo son: • Enología, eliminación del carbónico de vinos, cavas, sidras, cerveza. • Limpieza de gafas, gafas de sol, etc.; joyería y piedras preciosas, limpieza de anillos, pendientes, relojes sumergibles, cadenas de relojes, etc. • Laboratorio químico, limpieza de tubos y material de vidrio; clínica dental, limpieza de fresas, pinzas, etc. • Restaurantes, limpieza y mantenimiento de cubertería de lujo, tenedores, filtros de la máquina de café, etc. • Procesos de incubación, pruebas serológicas, agitación, activación, biomédicos, farmacéuticos. Generalmente, se utilizan con agua, pero también se puede trabajar con aceite. Los rangos de temperatura en los cuales normalmente son utilizados están entre temperatura ambiente(20-22°C) y los 60°C. También se pueden seleccionar temperaturas de 100°C.. • • • • •. Cubierta: Es la parte exterior que cubre el interior del baño maría. Tanque: Donde se almacena el agua. Bandeja: Dispositivo que se coloca en el fondo de los baños de maría, con el fin de soportar los recipientes que se ponen en el tanque. Termómetro: Encargado de medir la temperatura. Control de Temperatura: Permite ajustar y regular la temperatura de manera constante.. B. Partes Especificas. • • • • •. Raspberry: Encargada de enviar las instrucciones por medio de una pantalla táctil. Microcontrolador: Controla las funciones lógicas de la máquina. Electroválvulas: Encargadas del llenado y vaciado del tanque Termocupla: Medir la temperatura Sensor Ultrasónico: Utilizado para la medición de los niveles del agua o aceite.. Para el diseño generado se emplea todo de manera digital, mediciones o configuraciones.. III.. DISEÑO DE LA MAQUINA. II. PARTES DEL BAÑO TERMOSTATIZADO. A. Configuración de la Raspberry.. Universidad Cooperativa de Colombia, Facultad de Ingeniería, 2018, pág. 1.

(2) Baño Termostatizado Richard S. González R. Diego F. González Q.. Para realizar la configuración de la raspberry es necesario tener el siguiente software SDFormat con el cual daremos formato a la tarjeta micro SD, esta micro SD es la encargada de almacenar toda la información en la computadora Raspberry. El programa Win32Dicklmager nos ayudara a introducir la información del sistema operativo a la memoria. Sistema Operativo: 1. Conectamos la memoria SD en un computador, después abrimos el programa SDFormat, alli buscamos el puerto que el ordenador asigna a la memoria, en nuestro caso fue asignado el puerto “F:”. 6.. Se toma la dirección ip de la Raspberry y se escribe en el programa PUTTY el cual nos enlazara con la Rasberry por medio de una interfaz de comandos.. 7.. Ahora instalaremos en la Raspberry el programa VNC el cual nos ayudara a controlar la Raspberry remotamente desde nuestro ordenador por medio del modem como router.. 8.. En la interfaz de Putty digitamos los comandos Login: pi Contraseña: Raspberry. 9.. Al finalizar se digita el comando $ tightvncserver.. 2.. Después de esto debemos seleccionar el botón option, debemos seleccionar QUICK en el tipo de formato y en ON en el ajuste del formato.. 10. Posteriormente se debe asignar una contraseña y por último se activara el VNC.. 3.. Para finalizar damos click en el botón FORMAT y el ordenador comenzara a dar formato a la memoria SD este paso en necesario hacerlo incluso si la memoria esta nueva.. 11. En dicho ordenador se abre el programa VNC el cual pide la dirección ip; además se debe escribir la dirección ip y se coloca “:1” para que la Raspberry asigne un numero de plataforma a trabajar.. 4.. Se procede a realizar el grabado de los DRIVERS en la memoria SD, abrimos el programa Win32 Disk Imager, damos click en la carpeta para abrir los archivos del sistema y buscar el archivo “.img” el cual contiene los drivers de la pantalla y el sistema operativo Raspbian.. 5.. Para finalizar le damos escribir en el botón WRITE y esperamos que se carguen los drivers. Al terminar retiramos la memoria SD del ordenador y procedemos a ponerla en la unidad Raspberry.. 12. Seguidamente se procede a configurar la interfaz gráfica compatible con Raspberry (Pyqt) de la siguiente manera: • Resolución de la pantalla táctil • Se ingresan los ajustes de la pantalla. • Su pi. • DISPLAY=:0.0 x input calibrator. • En la pantalla aparece un sistema de auto detección de calibración.. Raspberry: 1. Procedemos a conectar nuestro Raspberry a un modem por medio de cable ethernet y la conectamos a la fuente de poder. 2.. En nuestro ordenador abrimos una ventana de símbolo del sistema, donde pondremos el comando ipconfig.. Comunicación por red de la Raspberry. 1. Nos paramos en la carpeta /Etc/network. 2.. Con el comando Cd /etc/network. 3.. Sudo cp interfaces estaticaa.. 4.. sudo nano /etc/network/interfaces.. 5.. Ahora para configurar el dispositivo con DHCP: sudo nano /etc/network/interfaces.. 3.. Tomamos la dirección de ipv4 asignada por el modem.. 4.. Al ingresar utilizamos el programa Nmap para buscar los hosts que están en nuestra red.. 2.. Touch run.sh #esto crea un ejecutable de nombre run y damos Enter. 5.. Digitamos la ipv4 de nuestro ordenador y enviamos un PING SCAN. Como respuesta obtenemos todas las ip asignadas a diferentes hosts de nuestra red entre las que nos debe aparecer la de nuestro Raspberry.. 3. 4.. Chmod +x run.sh #esto activara el archivo run. vi run.sh # nos llevara a los permisos del ejecutable, pondremos la dirección del archivo .py. Ejecución del programa automáticamente. 1. En la terminal digitamos la siguiente frase. Universidad Cooperativa de Colombia, Facultad de Ingeniería, 2018, pág. 2.

(3) Baño Termostatizado Richard S. González R. Diego F. González Q.. B. Diseño del tanque y la estructura. Esta parte se centra primeramente en mostrar la parte externa del baño termostatizado visualizando las dimensiones que debe tener el tanque, para poder partir desde ese punto y diseñar la estructura completa.. Luego tenemos la parte interna del tanque:. Después de las mediciones se diseñó la estructura de la siguiente manera:. Ahora la tubería, válvulas y plaquetas electrónicas montadas:. Universidad Cooperativa de Colombia, Facultad de Ingeniería, 2018, pág. 3.

(4) Baño Termostatizado Richard S. González R. Diego F. González Q.. Permitir ajustar el nivel de temperatura con el que se desea trabajar, se maneja en una escala de 0 grados a 60 grados máximo. Activar: Este botón es el que va a permitir que una vez el usuario haya configurado el nivel de agua y temperatura la maquina empiece su proceso Desactivar: Detiene cualquier proceso que el baño termostatizado este realizando. Foto de la interfaz:. Por último tenemos la maquina sellada:. Se diseño la interfaz de manera sencilla y amigable para cualquier tipo de usuario.. V. FUNCIÓN DE LOS LEDS INDICADORES En nuestro baño termostatizado se implementaron varios leds para poder identificar en que proceso estamos o si se detecta un error: Sensor de niveles de agua: Para monitorear los niveles de agua se tiene un led de color azul. El cual se va a apagar cuando el nivel seleccionado por el usuario se cumpla.. IV. INTERFAZ GRAFICA PARA EL USUARIO. A. ¿En que consiste? La interfaz grafica consta de 6 botones descritos a continuación: Nivel de agua: Se diseñó un botón deslizante que podemos trabajar desde 0 Cm a 28 Cm Temperatura:. Nota: En caso de que se supere el nivel seleccionado se va a encender un led de color rojo y uno de color azul, esto con el fin de que se inicie el procedimiento de expulsión de agua. Una vez iniciado este proceso vamos a tener los leds de color azul y rojo indicando que las válvulas van a estar sacando agua hasta que se normalice el nivel nuevamente. Temperatura: En el momento en que el usuario se encuentre configurando la temperatura se va tener un indicador de color rojo indicando que la resistencia se encuentra encendida y el agua empezó a calentarse.. Universidad Cooperativa de Colombia, Facultad de Ingeniería, 2018, pág. 4.

(5) Baño Termostatizado Richard S. González R. Diego F. González Q.. Durante el proceso de agitación del agua vamos a tener un led azul y rojo parpadeando, este proceso de agitación sucede cada 30 segundos durante 10 segundos que las bombas están encendidas mezclando el agua.. VIII. CONCLUSIONES ✓. En la parte fundamental del diseño y estructura física se tuvo en cuenta la impermeabilización de los circuitos eléctricos con el fin de que no sufran daños de corrosión o corto circuito en el tiempo de vida útil del equipo; mejorando en un 100% la estructura física inicial con la que se trabajaba en el laboratorio.. ✓. En el diseño del funcionamiento digital del equipo se implementó un Arduino únicamente para la lectura del sensor de ultrasonido y la termocupla; dando rendimiento y precisión en las variables de llenado del tanque y censado de la temperatura requerida para el proceso de fermentación controlada de residuos agroindustriales.. ✓. Se optimizo la Raspberry de tal manera que reconozca todos los procesos mecánicos del baño, permitiendo el monitoreo y manipulación en tiempo real del Sistema funcional del equipo. Además; que al iniciar la utilización del Baño Termostatizado se cargara la aplicación en la pantalla sin acceso al Sistema Operativo por parte del cliente.. ✓. El prototipo tecnológico construido, permite trabajar de forma segura, eficiente y de alta calidad procesos de fermentación, calentamiento o fundición.. ✓. Al tratarse de un prototipo este puede estar sujeto actualizaciones en cuanto a optimización y seguridad de los procesos.. En el momento en que se alcance el nivel de agua y temperatura elegidas se va a tener un led indicador de color verde. VI. FUNCIONAMIENTO Y PUESTA EN MARCHA 1.. Conectar el baño termostatizado a un punto de red, toma eléctrica y suministro de agua. 2. Accionar el interruptor verde. 3. Esperar a que el sistema operativo del baño cargue y nos muestre la pantalla inicial. 4. Seleccionar el nivel de agua. (0 cm hasta 28cm) 5. Seleccionar la temperatura deseada. (0° hasta 60°) 6. Hacer clic en la opción "Activar". 7. Esperar hasta que se estabilice la temperatura y el nivel de agua, cuando estas condiciones se cumplan el indicador de color verde se encenderá. 8. Introducir el vaso de precipitado o recipiente, que contiene la sustancia que se desea calentar o fundir. 9. Una vez finalizado el proceso, retirar el vaso de precipitado o recipiente con ayuda de guantes o pinzas. 10. Vaciar el agua utilizando el interruptor rojo.. VII. DATOS IMPORTANTES ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢. El baño termostatizado debe estar ubicado en una superficie plana y nivelada cerca a sus respectivas conexiones de red, electricidad y agua. Al realizar el cambio de ubicación realizarlo entre dos personas. Los recipientes que contiene las muestras a procesar deben metálicos o de vidrio. Verificar siempre que la resistencia no tenga sustancias adheridas, de ser así proceder a retirar la rejilla y limpiar la resistencia. El tanque puede limpiarse utilizando productos de limpieza para acero inoxidable. Utilizar únicamente con agua. Un mantenimiento adecuado y limpieza del equipo garantizan el buen estado y duración de los componentes.. Universidad Cooperativa de Colombia, Facultad de Ingeniería, 2018, pág. 5.

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