CONTROL DE TERMOTANQUE BASADO EN EL SISTEMA “HEAT PUMP”

TRABAJO FINAL – ESPECIALIZACIÓN EN SISTEMAS EMBEBIDOS

1

AUTOR: Ing. Nelson Fortunatti (UNLP, ITBA)

DIRECTOR: Dr. Alejandro Ghersin (FIUBA, ITBA)

JURADOS: Mg. Ing. Facundo Larosa (UTN-FRH, FIUBA)

Ing. Nicolás Álvarez (FIUBA, UNSAM)

Esp. Ing. Ernesto Gigliotti (UTN-FRA, FIUBA)

INTRODUCCIÓN 2

Termo-tanque

bomba de calor

Controlador

bomba de calor

PROPÓSITO 3

Confeccionar el prototipo de un sistema de control basado en una bomba

de calor (BC).

• Intuitivo y simple (UX).

• Aporte gran variedad de funcionalidades.

• Posea una interfaz táctil robusta y de rápida respuesta.

CARÁCTERÍSTICAS DEL SISTEMA 4

• Restringe el acceso al

usuario.

• No debe presentar fallas.

• Detección de anomalías y

reinicio del sistema.

• Interfaz gráfica intuitiva y

simple.

• Display táctil capacitivo.

• Diseño moderno y

dinámico.

• Selección diferentes

modos de operación.

• Utilizar un RTC.

• Realizar LOGS.

• El sistema se inicializa

automáticamente después

de iniciarse la SBC.

Orientadas a la

interfaz de usuario

Orientadas a

funcionalidades

Orientadas a la

calidad del sistema

DIAGRAMA EN BLOQUES DEL TRABAJO 5

Inicio

Análisis del

proyecto.

Selección del

hardware.

Selección de

la pantalla

táctil.

Desarrollo

de la interfaz

gráfica.

Desarrollo

de la lógica

del sistema.

Selección del

hardware

definitivo.

Diseño y

fabricación

del PCB.

Interconexión

de

programas.

Corrección de

errores.

Optimización

del código.

Prueba de

campo del

sistema.

Etapa ajustes

finales y

confección de

documentos.

Fin

Tiempo de desarrollo: 177 días.

SISTEMA HEAT PUMP 6

E/S PARA EL CONTROL DEL SISTEMA 7

ENTRADAS

SENSADO DE TEMPERATURA

SALIDAS

ACCIONAMIENTO CON RELÉS

• Región inferior del tanque de

agua.

• Región superior del tanque de

agua.

• Entrada del evaporador.

• Compresor.

• Ventilador del evaporador.

• Resistencia.

SELECCIÓN DEL SISTEMA DE PROCESAMIENTO

• Mayor robustez.

• Sistema desarrollado a medida.

• Mayor tiempo de desarrollo.

8

SINGLE BOARD COMPUTER

PLACA DE DESARROLLO BASADA EN CORTEX M

• Menor robustez.

• Posibilidad de utilizar software de alto nivel.

• Mucho menos tiempo de desarrollo.

INTERFAZ GRÁFICA IMPLEMENTADA CON QT 9

DISEÑO ORIENTADO AL PRODUCTO FINAL 10

Raspberry Pi 3B+ Raspberry Compute Module 3+

Raspberry Compute Module IO Board

Potencia Confort

• BC y resistencia

calefactora.

• Consumo variable.

• Tiempo de establecimiento

variable.

• Prioridad:

MODOS DE OPERACIÓN 11

Económico

• Sólo BC.

• Consumo reducido.

• Tiempo de establecimiento

lento.

• Prioridad:

• BC y resistencia

calefactora.

• Consumo elevado.

• Tiempo de establecimiento

reducido.

• Prioridad:

Descongelar StandbyAntibacterial

• Accionado por el usuario o

el sistema.

• Prioridad:

• Evita temperaturas bajas

en el evaporador.

• Prioridad:

• Sobrecalienta el agua.

• Reactivación periódica.

• Elimina bacterias.

• Prioridad:

MODOS DE OPERACIÓN (CONT) 12

DIAGRAMA DE ESTADOS DEL SISTEMA 13

ECONÓMICO

CONFORT

POTENCIA

ANTIBACTERIAL

STANDBY DESCONGELAR

ESTRUCTURA DE PROGRAMAS ASOCIADOS 14

SISTEMA OPERATIVO DE PROPOSITO GENERAL

Qt Quick Application

Frontend

Qt C++

Backend

Signals y

Slots

Programa en Qt Programa en C

TCP Read

TCP Write

Máquina de estados del

sistema

ADC

(I2C)

Logs

GPIO

Tratamiento

de datos

para

transmisión

Presentación

en pantalla

Entrada de

eventos

táctiles

Lectura de

sensores

Salidas a

reléTCP/IPTratamiento de

datos para

transmisión

ALMACENAMIENTO DEL ESTADO DEL SISTEMA 15

TESTING CON CEEDLING 16

IMPLEMENTACION DEL HARDWARE 17

IMPLEMENTACION DEL HARDWARE (CONT) 18

IMPLEMENTACION DEL HARDWARE (CONT) 19

PRUEBA DE CAMPO 20

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Tiempo [Min]

Temperatura

[°C]

15

20

25

30

35

40

45

50

10

Temperatura

región inferior

Temperatura

región superior

Temperatura

del evaporador

Temperatura

deseada

Modo

Económico

RESULTADOS DE LA PRUEBA DE CAMPO 21

RESULTADOS DE LA PRUEBA DE CAMPO (CONT) 22

Razón de cambio temperatura en reposo

Razón de cambio temperatura en calentamiento

VIDEO DE DEMOSTRACIÓN 23

VIDEO DE DEMOSTRACIÓN 24

DESARROLLO DE LA NUEVA INTERFAZ 25

¿?

CONCLUSIÓN 26

• Se demostraron muy buenos resultados durante la prueba de campo.

• Se puede obtener un sistema dedicado al análisis del comportamiento

del termo-tanque.

• Se puede analizar la performance obtenida al realizar variaciones en

los componentes de la bomba de calor.

• Se puede portar de forma directa el software desarrollado al Compute

Module 3+

PRÓXIMOS PASOS 27

• Desarrollo del PCB para la Raspberry Compute Module 3+

• Implementación de la nueva interfaz gráfica.

• Conexión Wifi.

• Ajustes a nivel del sistema operativo.

• Robustez frente a cortes repentinos en la alimentación.

FIN 28