Proyecto Prop1

SISTEMA DE REFRIGERACIN PARA EL HOGAR

1

Instituto Politcnico Nacional Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica

Unidad Profesional Zacatenco

Ingeniera en Comunicaciones y Electrnica Especialidad Control

TESIS INDIVIDUAL / TESIS TRADICIONAL

CONTROL DIFUSO DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIN

PARA EL HOGAR 14

PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRNICA

PRESENTA: MARTNEZ ROJAS VCTOR HUGO

ASESORES: DR.. MARIACA GASPAR CARLOS ROMN

ING. MORA MEDINA CARLOS ING. VALVERDE TRUJILLO ERASMO

Mxico D.F., Mayo 2010


2


3

SOY POLITCNICO

Soy politcnico Porque aspiro a ser todo un hombre.

Soy politcnico Porque exijo mis deberes antes que mis derechos.

Soy politcnico Por conviccin y no por circunstancia.

Soy politcnico Para alcanzar las conquistas universales y ofrecerlas a m pueblo.

Soy politcnico Porque me duele la patria en mis entraas y aspiro a calmar sus dolencias.

Soy politcnico Porque ardo en deseos de despertar al hermano dormido.

Soy politcnico Para encender una antorcha en el altar de la Patria.

Soy politcnico Porque me dignifico y siento el deber de dignificar a mi institucin.

Soy politcnico Porque mi respetada libertad de joven y estudiante me impone la razn de respetar este recinto.

Soy politcnico Porque traduzco la tricotoma de mi bandera como trabajo, deber y honor.

LA TECNICA AL SERVICIO DE LA PATRIA


4

AGRADECIMIENTOS

Gracias a Dios, Por permitirme llegar hasta este momento tan importante de mi vida y lograr otra meta ms en mi carrera.

Gracias a mis Padres, Por su cario, comprensin y apoyo sin condiciones ni medida. Gracias por guiarme sobre el camino de la educacin. Creo ahora entender porque me obligaban a mi media hora de mquina de escribir, leer, a terminar mi tarea antes de salir a jugar, y muchas cosas ms que no terminara de mencionar.

Gracias a mis hermanos Por sus comentarios, sugerencias y opiniones. Adems de ser mis amigos, son la mejor compaa para compartir el mismo techo.

Gracias a mis amigos, Ary, Lucas, Crhistian, y Grego por hacer que cada pedazo de tiempo fuera ameno. No voy a olvidar sus consejos, enseanzas y ayuda durante el lapso de mi tesis. Entre risas y lgrimas una leccin ms se escribe en mi hoja de vida.

Gracias a mi asesor el Ing. Erasmo Valverde Tus consejos, paciencia y opiniones sirvieron para que me sienta satisfecho en mi participacin dentro del proyecto de investigacin. Mas que un profesor sabes que eres un amigo para mi.

Gracias a cada uno de los maestros Que participaron en mi desarrollo profesional durante mi carrera y sobre todo gracias a los profesores de la Especialidad de Control, sin su ayuda y conocimientos no estara en donde me encuentro ahora.

Gracias a todos Agradezco a todas aquellas personas que saben que existen en mi vida y que estuvieron conmigo y compartimos tantas aventuras, experiencias, desveladas y triunfos no me alcanzara la hoja para mencionarlos, entre familiares, compaeros, colaboradores, profesores y amigos. Gracias a cada uno por hacer que mi estancia en el Instituto Politcnico Nacional fuera divertida, agradable y llena de aprendizajes y vivencias.

Una vez mas, Gracias.

Vctor H. Martnez Rojas


5

OBJETIVO JUSTIFICACIN 8 INTRODUCCIN 9

CAPITULO 1 GENERALIDADES 10 Principios bsicos 11 Termodinmica Leyes Calor Temperatura Transmisin de calor

11 11 11 11 11

Refrigeracin 14 Antecedentes Qu es? Ciclo bsico Sistema mecnico

14 15 15 17

Acondicionamiento del aire 19 Desarrollo historico Concepto Funcionamiento Acondicionamiento del aire Principio Tipos de aire acondicionado comerciales

20 20 22 23 24 24

CAPITULO 2 PLANTEAMIENTO 25

CAPITULO 3 27 MODELO Y LGICA DIFUSA

Fundamentos Descripcin de variables Planta del sistema de refrigeracin

28 29 31

Lgica difusa 33 Historia Conceptos Conjuntos difusos Etiquetas lingsticas y operadores Operaciones sobre conjuntos

33 34 35 36

NDICE DE CONTENIDO


6

Reglas lgica difusa

37 Partes del controlador Mtodo Mandami Paso al mundo difuso Evaluacin de reglas Paso al mundo real

37 38 38 38 38

Diseo de controlador implementando la lgica borrosa 39 Funciones de membreca Reglas del modelo SRA Desifuzificacion Simulacin y resultados

39 41 45 46

CAPITULO 4 SISTEMA DE ADQUISICION DE DATOS GENERACION Y EVALUACION DE ENTORNO GRAFICO DE PROGRAMACION

49

Generalidades Caractersticas de la DAQ Descripcin del hardware Descripcin del software Accesorios

49 53 54 54 55

Entorno grafico de programacin

52

Labview Usos Caractersticas Labview programa

52 53 54

Desarrollo de control 55

CAPITULO 5 DESARROLLO Y APLICACIN DEL PROTOTIPO

65

Control de procesos Sistema de control Caractersticas Clasificacin Control de proceso

68 69 73 73 73


7

Identificacin S.R.A. Caractersticas de las seales elctricas Cruce por cero Red Generacin de rampa Circuito disparador Modulacin de ancho de pulso Parmetros importantes Aplicaciones

72 73 73 74 75 76 76 77 77

CONCLUSIONES 78 BIBLIOGRAFA 80


8

OBJETIVO

Disear un control de temperatura con lgica difusa que mantendr el ambiente confortable de un recinto.

JUSTIFICACIN

Con el paso del tiempo el hombre en su sabidura ha creado un sinfn de sistemas, instrumentos, y algoritmos que resuelven las complejidades de la vida cotidiana; y el uso del aire acondicionado no es la excepcin.

Es verdad que en la Ciudad de Mxico un poco ms del 80% de los das del ao, son clidos o calurosos y tienen a la estrella mas grande del universo a su favor, el Sol. Es por eso que estamos expuestos a temperaturas elevadas de calor durante gran parte del tiempo, esto hace que nuestros niveles de temperatura corporal tambin aumenten.

El acondicionamiento del aire es el proceso que enfra, limpia y circula el aire, controlando, adems, su contenido de humedad. En condiciones ideales logra todo esto de manera simultnea.

Pero como todo en este planeta tiene sus ligeras desventajas hasta el mas meticuloso y exacto sistema, el aire acondicionado contempla y comprende esto, con un alto consumo de energa, es por eso que adems de ser una fuente que brinda beneficios y acondicionamiento de ambiente en una habitacin o lugar cerrado, tambin gasta energa lo que a veces lo puede llevar a ser no una opcin tan vlida.

Es de ah donde parte y nace la idea de desarrollar un controlador que cubra con la necesidad de acondicionar los lugares cerrados oficinas, hogares, habitaciones, almacenes, etc. Pero mejorando su condicin de circulacin del aire y consumo de energa a la vez.


9

INTRODUCCIN

INTRODUCCIN. Hay lugares donde es necesario el mantener una temperatura constante en donde es necesario el poder variar la temperatura de cierto recinto hasta un punto determinado. Esta temperatura a su vez debe estar siendo supervisada continuamente.

Hay diversos tipos de sensores de temperatura, estos nos ayudan a medir la temperatura a la que se encuentra un rea determinada. Estos tipos de sensores nos dan una lectura dependiendo del rango con que operen; entre algunos se encuentran los termmetros resistivos, los termmetros termopar, los termmetros infrarrojos, los termmetros de lquido en vidrio, los termmetros manometricos, los termmetros de unin de semiconductores, etc.

Conociendo el valor de temperatura a la que se encuentra nuestro recinto, es necesaria alguna accin de control que opere en nuestra rea para as poder manejar la variable temperatura hasta un punto de referencia requerido.

Dentro de las diferentes maneras en que se puede controlar un proceso hay una por medio del software Labview. Labview es un tipo de software de Instrumentacin Virtual que entre las diversas operaciones que puede hacer, es capaz de realizar acciones de control de cualquier tipo de variable.

Al software Labview se le proporciona la informacin necesaria sobre la variable de Temperatura. Con esta informacin y la programacin realizada en el Software, se obtendr el control del proceso. Todo este intercambio de informacin se debe de hacer por medio de algn sistema de adquisicin de datos

El software Labview cuenta con un modulo de adquisicin de datos que se conecta a la computadora por medio de un puerto USB. Esta tarjeta es la utilizada para proporcionar as como recibir informacin de la computadora.

Como en todo proceso, cuando se tiene el control, es necesario suministrarlo a la planta de operacin, es aqu donde fsicamente se vera un aumento una disminucin de temperatura, dependiendo de la desviacin a la temperatura de referencia requerida.

El siguiente trabajo escrito representa una forma poco convencional y quiz peculiar de tratar de controlar la temperatura de una habitacin implementando reglas y lgica difusa, es evidente que con el paso del tiempo el desarrollo en el estudio del control y las herramientas para adaptarlas a un mundo cada vez mas necesitado se duplican aun mas de ello depende que nazcan mtodos mas actuales para rendir frutos a las nuevas investigaciones.


10

CAPITULO 1

GENERALIDADES


11

PRINCIPIOS BASICOS DE REFRIGERACION

TERMODINAMICA La Termodinmica es una rama de la ciencia que trata sobre la accin mecnica del calor. Hay ciertos principios fundamentales de la naturaleza, llamados Leyes Termodinmicas, que rigen nuestra existencia aqu en la tierra, varios de los cuales son bsicos para el estudio de la refrigeracin. La primera y la ms importante de estas leyes dice: La energa no puede ser creada ni destruida, slo puede transformarse de un tipo de energa en otro.

Primera Ley de la Termodinmica Tambin conocido como principio de conservacin de la energa para la termodinmica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien ste intercambia calor con otro, la energa interna del sistema cambiar. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energa necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energa interna. Fue propuesta por Antoine Lavoisier.

Segunda ley de la Termodinmica En un sentido general, la segunda ley de la termodinmica afirma que las diferencias entre sistemas en contacto tienden a igualarse. Las diferencias de presin, densidad y, particularmente, las diferencias de temperatura tienden a igualarse. Esto significa que un sistema aislado llegar a alcanzar una temperatura uniforme.

Una mquina trmica es aquella que provee de trabajo eficaz gracias la diferencia de temperaturas de dos cuerpos. Dado que cualquier mquina termodinmica requiere una diferencia de temperatura, se deriva pues que ningn trabajo til puede extraerse de un sistema aislado en equilibrio trmico, esto es, requerir de la alimentacin de energa del exterior. La segunda ley se usa a menudo como la razn por la cual no se puede crear una mquina de movimiento perpetuo.

CALOR El calor es una forma de energa, creada principalmente por la transformacin de otros tipos de energa en energa de calor. Calor es frecuentemente definido como energa en trnsito, porque nunca se mantiene esttica, ya que siempre est transmitindose de los cuerpos clidos a los cuerpos fros. La mayor parte del calor en la tierra se deriva de las radiaciones del sol. Una cuchara sumergida en agua helada pierde su calor y se enfra; una cuchara sumergida en caf caliente absorbe el calor del caf y se calienta.

Sin embargo, las palabras "ms caliente" y "ms fro", son slo trminos comparativos. Existe calor a cualquier temperatura arriba de cero absoluto, incluso en cantidades extremadamente pequeas. Cero absoluto es el trmino usado por los cientficos para describir la temperatura ms baja que tericamente es posible lograr, en la cual no existe calor, y que es de -2730C, o sea -4600F. La temperatura ms fra que podemos sentir en la tierra es mucho ms alta en comparacin con esta base.


12

El calor es una forma de energa que puede existir por s mismo y puede ser movido de un lugar a otro. El calor no se puede medir por peso o volumen. El calor tambin puede provenir de otras formas de energa. Por ejemplo, los motores que utilizan la electricidad generan calor.

Transferencia de calor se refiere a la cantidad de calor transferido de un lugar a otro. Al igual que todas las formas de energa, el calor fluye de un alto nivel de energa a un bajo nivel de energa. Un ejemplo es usado a menudo para pensar en el calor como siempre viaja "hacia abajo" como el agua. Si el nivel del agua es la misma en dos estanques conectados por un canal, no habr transferencia de agua entre ellos. Si un estanque, es superior a los dems, el flujo de agua ser hacia al estanque en la parte baja.

Del mismo modo, el calor no se transmite sin un flujo de diferencia de temperatura El calor slo se transfiere de una alta fuente de energa (temperatura ms alta) a una baja Fuente de Energa (temperatura ms fra). Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura, mayor el calor que se transfiere.

Hay dos tipos de calor, sensible y calor latente de calor.

El calor sensible es la energa del movimiento molecular. Se mide por la temperatura y siempre provoca un cambio de temperatura cuando se calienta.

Por ejemplo, cuando una cacerola de agua se coloca en una estufa y se calienta hasta la temperatura de 90, es un proceso de calentamiento. La temperatura cambi, pero el estado (lquido) no lo ha hecho. No se ha producido ebullicin.

El calor latente es la energa de separacin molecular y la disposicin no se puede medir con un termmetro. El calor latente provoca un cambio de estado a una temperatura constante.

Por ejemplo si esa cacerola de agua a 90 se calentara ms, comenzar a hervir. A medida que se aade ms calor, seguir hasta que hierva toda el agua y se convierte en vapor (gas) Si bien en la ebullicin, la temperatura no aumenta por encima de 100. Este es el proceso latente de calentamiento. La temperatura no cambia, pero el estado cambia de lquido a gas.

Una caracterstica de los gases refrigerantes es su capacidad de ebullicin a baja temperatura. Es decir, a cambio de un lquido a un gas a baja temperatura.

Volviendo de nuevo a nuestro primer ejemplo del refrigerador. El calor sensible de la habitacin se mueve en el refrigerante fresco como el aire se transfiere a travs del serpentn de enfriamiento. Este proceso tambin elimina cualquier calor latente desde el aire como el vapor de agua en el aire cambia de estado de un lquido y se condensa en la fra superficie del serpentn (al igual que el vapor de agua se condensa sobre la cara de un vaso de cerveza fra). El aire que sale del serpentn no slo es ms fresco, tambin es ms seco que cuando entr en el serpentn.


13

TEMPERATURA La temperatura es la escala usada para medir la intensidad del calor y es el indicador que determina la direccin en que se mover la energa de calor. Tambin puede definirse como el grado de calor sensible que tiene un cuerpo en comparacin con otro. En algunos pases, la temperatura se mide en Grados Fahrenheit, pero en nuestro pas, y generalmente en el resto del mundo, se usa la escala de Grados Centgrados, algunas veces llamada Celsius. Ambas escalas tienen dos puntos bsicos en comn: el punto de congelacin y el de ebullicin del agua al nivel del mar. Al nivel del mar, el agua se congela a 0C o a 320F y hierve a 100C o a 2120F.

En la escala Fahrenheit, la diferencia de temperatura entre estos dos puntos est dividida en 180 incrementos de igual magnitud llamados grados Fahrenheit, mientras que en la escala Centgrados, la diferencia de temperatura est dividida en 100 incrementos iguales llamados grados Centgrados.

TRANSMISION DE CALOR: La segunda ley importante de la termodinmica es aquella segn la cual el calor siempre viaja del cuerpo ms clido al cuerpo ms fro. El grado de transmisin es directamente proporcional a la diferencia de temperatura entre ambos cuerpos.

El calor puede viajar en tres diferentes formas: Radiacin, Conduccin y Conveccin. Radiacin es la transmisin de calor por ondas similares a las ondas de luz y a las ondas de radio; un ejemplo de radiacin es la transmisin de energa solar a la tierra.

Una persona puede sentir el impacto de las ondas de calor, movindose de la sombra a la luz del sol, aun cuando la temperatura del aire a su alrededor sea idntica en ambos lugares. Hay poca radiacin a bajas temperaturas, tambin cuando la diferencia de temperaturas entre los cuerpos es pequea, por lo tanto, la radiacin tiene poca importancia en el proceso de refrigeracin.

Sin embargo, la radiacin al espacio o al de un producto refrigerado por agentes exteriores, particularmente el sol, puede ser un factor importante en la carga de refrigeracin. Conduccin es el flujo de calor a travs de una substancia. Para que haya transmisin de calor entre dos cuerpos en esta forma, se requiere contacto fsico real. La Conduccin es una forma de transmisin de calor sumamente eficiente.

Cualquier mecnico que ha tocado una pieza de metal caliente puede atestiguarlo. Conveccin es el flujo de calor por medio de un fluido, que puede ser un gas o un lquido, generalmente agua o aire. El aire puede ser calentado en un horno y despus descargado en el cuarto donde se encuentran los objetos que deben ser calentados por conveccin.

La aplicacin tpica de refrigeracin es una combinacin de los tres procesos citados anteriormente. La transmisin de calor no puede tener lugar sin que exista una diferencia de temperatura.


14

REFRIGERACIN

Importancia Historia En 1902 Willis Carrier sent las bases de la refrigeracin moderna y al encontrarse con los problemas de la excesiva humidificacin del aire enfriado, las del aire acondicionado y desarroll el concepto de climatizacin de verano.

Por esa poca un impresor neoyorquino tena serias dificultades durante el proceso de impresin, que impedan el comportamiento normal del papel, obteniendo una calidad muy pobre debido a las variaciones de temperatura, calor y humedad. Carrier se puso a investigar con tenacidad para resolver el problema: dise una mquina especfica que controlaba la humedad por medio de tubos enfriados, dando lugar a la primera unidad de refrigeracin de la Historia.

Durante aquellos aos, el objetivo principal de Carrier era mejorar el desarrollo del proceso industrial con mquinas que permitieran el control de la temperatura y la humedad. Los primeros en usar el sistema de aire acondicionado Carrier fueron las industrias textiles del sur de Estados Unidos. Un claro ejemplo, fue la fbrica de algodn Chronicle en Belmont. Esta fbrica tena un gran problema. Debido a la ausencia de humedad, se creaba un exceso de electricidad esttica haciendo que las fibras de algodn se convirtiesen en pelusa. Gracias a Carrier, el nivel de humedad se estabiliz y la pelusilla qued eliminada.

Debido a la calidad de sus productos, un gran nmero de industrias, tanto nacionales como internacionales, se decantaron por la marca Carrier. La primera venta que se realiz al extranjero fue a la industria de la seda de Yokohama en Japn en 1907.

En 1915, empujados por el xito, Carrier y seis amigos reunieron 32.600 dlares y fundaron La Compaa de Ingeniera Carrier, cuyo gran objetivo era garantizar al cliente el control de la temperatura y humedad a travs de la innovacin tecnolgica y el servicio al cliente. En 1922 Carrier lleva a cabo uno de los logros de mayor impacto en la historia de la industria: la enfriadora centrfuga. Este nuevo sistema de refrigeracin se estren en 1924 en los grandes almacenes Hudson de Detroit, en los cuales se instalaron tres enfriadoras centrfugas para enfriar el stano y posteriormente el resto de la tienda. Tal fue el xito, que inmediatamente se instalaron este tipo de mquinas en hospitales, oficinas, aeropuertos, fbricas, hoteles y grandes almacenes.

La prueba de fuego lleg en 1925, cuando a la compaa Carrier se le encarga la climatizacin de un cine de Nueva York. Se realiza una gran campaa de publicidad que llega rpidamente a los ciudadanos formndose largas colas en la puerta del cine. La pelcula que se proyect aquella noche fue rpidamente olvidada, pero no lo fue la aparicin del aire acondicionado.

En 1930, alrededor de 300 cines tenan instalado ya el sistema de aire acondicionado. A finales de 1920 propietarios de pequeas empresas quisieron competir con las grandes distribuidoras, por lo que Carrier empez a desarrollar mquinas pequeas. En 1928 se fabric un equipo de climatizacin domstico que enfriaba, calentaba, limpiaba y haca circular el aire y cuya principal aplicacin era la domstica, pero la Gran Depresin en los Estados Unidos puso punto final al aire acondicionado en los hogares. Hasta despus de la Segunda Guerra Mundial las ventas de equipos domsticos no empezaron a tener importancia en empresas y hogares.


15

REFRIGERACIN

Qu es la refrigeracin? La refrigeracin es simplemente la refrigeracin mediante la eliminacin de calor. El calor es una forma de energa que no puede ser destruida. Por lo tanto para eliminar el calor slo lo podemos transferir de un lugar a otro. Aunque es ms fcil pensar en refrigeracin como el proceso de enfriar las cosas, en realidad es el proceso de transferencia de calor de un lugar a otro. O de quitar energa, ya que en fsica, Energa = trabajo.

Refrigeracin; Proceso por el que se reduce la temperatura de un espacio determinado y se mantiene esta temperatura baja con el fin, por ejemplo, de enfriar alimentos, conservar determinadas sustancias o conseguir un ambiente agradable. El almacenamiento refrigerado de alimentos perecederos, pieles, productos farmacuticos y otros se conoce como almacenamiento en fro. La refrigeracin evita el crecimiento de bacterias e impide algunas reacciones qumicas no deseadas que pueden tener lugar a temperatura ambiente.

El uso de hielo de origen natural o artificial como refrigerante estaba muy extendido hasta poco antes de la I Guerra Mundial, cuando aparecieron los refrigeradores mecnicos y elctricos. La eficacia del hielo como refrigerante es debida a que tiene una temperatura de fusin de 0 C y para fundirse tiene que absorber una cantidad de calor equivalente a 333,1 kJ/kg. La presencia de una sal en el hielo reduce en varios grados el punto de fusin del mismo.

Los alimentos que se mantienen a esta temperatura o ligeramente por encima de ella pueden conservarse durante ms tiempo. El dixido de carbono slido, conocido como hielo seco o nieve carbnica, tambin se usa como refrigerante.

El ciclo bsico de refrigeracin Tambin podra decir que la refrigeracin es la transferencia de calor de un lugar donde no es querido (dentro del refrigerador), a otro lugar menos objetable (al aire libre).

La estrategia habitual en refrigeracin es saturar de calor el refrigerante. A continuacin, transferir el refrigerante a un lugar donde el calor puede ser eliminado de el. Presentado de otro modo, el refrigerante (R22) es un lquido que recoge el calor por evaporacin a baja presin y temperatura (dentro del refrigerador -en el evaporador-) y luego renunciar a este calor por condensacin a una mayor presin y temperatura (en el exterior condensador refrigerado por aire).

Condensador Evaporador

Compresor

Vlvula


16

Calor latente - evaporador La transferencia de calor latente es la principal forma mecnica para los sistemas de refrigeracin, para mover calor. A medida que el refrigerante fluye a travs del serpentn (evaporador), y ms aire entra en contacto con el serpentn (evaporador), ms lquido refrigerante hierve hasta que todo lo que queda es un gas.

El calor latente necesario para hacer hervir este refrigerante lquido a gas, se toma desde el aire, ya que pasa a travs del serpentn (evaporador), por lo tanto enfriando el aire. Este proceso de ebullicin se denomina evaporacin, por lo tanto, la bobina en la que esto ocurre se denomina Evaporador. El Evaporador es donde recogemos el calor que queremos quitar. El proceso ocurre a una temperatura baja debido a la naturaleza y las propiedades del refrigerante y la baja presin en esta parte del sistema de refrigeracin.

Calor latente - condensador El Refrigerante se condensa en el radiador, por el flujo de aire (de un gas en un lquido), a una temperatura relativamente constante. A medida que el refrigerante fluye a travs del radiador, el aire fri pasa a travs del condensador, cada vez ms gas se condensa en un lquido hasta lograr una slida columna de lquido a la salida del condensador.

Este proceso se llama condensacin, con lo que la bobina en que esto ocurre se conoce como el condensador. La temperatura de condensacin se produce a una mucho mayor que en el evaporador, porque las presiones en el condensador son mucho ms altas.


17

La mayor parte de la transferencia de calor se produce porque el refrigerante cambia de estado. El lquido refrigerante en el evaporador absorbe su calor latente por vaporizacin, y en el proceso de cambio de lquido a vapor (cambio de estado). El gas refrigerante en el condensador elimina su calor latente, por lo tanto, pasando de un gas en un lquido. Es este el ciclo de cambio que mueve el calor eliminado de un lugar a otro.

Sistema mecnico de refrigeracin Hemos revisado el evaporador y el condensador, la identificacin de estos dos componentes como el lugar donde el calor se intercambia. Ahora veamos los otros dos componentes clave en el ciclo de refrigeracin, el compresor y el dispositivo expansor.

El compresor y el aparato de expansor que permite que sucedan dos cosas. El compresor nos permite aadir la energa mecnica para el refrigerante, a fin de que el calor puede ser forzado a fluir cuesta arriba. En segundo lugar, que nos permiten crear dos zonas de presin en el mismo sistema.

Con el fin de mantener nuestro producto fresco, el sistema tiene que absorber el calor dentro de refrigerador. Tenemos que asegurarnos que la temperatura del refrigerante es lo suficientemente baja en el evaporador (la temperatura de evaporacin) y que el calor que vamos a eliminar del recinto fluir a travs del evaporador y ser absorbido por el refrigerante.

La temperatura normal de saturacin del refrigerante dentro del evaporador es de 20 F (-6.6). El calor disminuir cada vez que aire pase por el evaporador. Dado que la presin y puntos de ebullicin estn directamente relacionadas para todos los fluidos, el refrigerante se puede regular para evaporar a una temperatura deseada, simplemente ajustando su presin. En el refrigerante R-22 la temperatura de saturacin de 6.6 se produce a 43 PSIG (libras).

Ahora que hemos transferido el calor al refrigerante, es necesario la transferencia de calor al aire libre. Nuestro sistema debe condensar en una temperatura lo suficientemente elevada como para que el calor se derive del refrigerante al aire exterior, ya que pasa a travs de la serpentina de condensador. Cuando la temperatura del aire exterior es de 35C, la temperatura normal de saturacin para el refrigerante dentro de un condensador refrigerado por aire es alrededor de 48.9C. Al igual que en el evaporador, los niveles de presin harn que el refrigerante cambie de estado a la temperatura deseada. Para R-22 una saturacin temperatura de 48.9C se produce en alrededor de 260 PSIG (libras).

Para lograr tanto la alta presin y baja presin las zonas descritas anteriormente, tenemos que utilizar un compresor y un dispositivo de expansor. Estos dos dispositivos marcan la divisoria entre la parte alta presin y baja presin. A menudo esto se conoce como el lado de Alta y el lado de baja del sistema.


18

En resumen, los componentes esenciales de un sistema mecnico de refrigeracin son los siguientes:

1. Un Evaporador para absorber el calor en el refrigerante del sistema 2. Un condensador para sacar el calor del refrigerante del sistema. 3. Un compresor para establecer la presin necesaria para forzar el calor a moverse. 4. Un dispositivo de expansin de lquidos para regular el flujo de refrigerante y establecer dos zonas de presin.


19

AIRE ACONDICIONADO

DESARROLLO HISTRICO DEL ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE No obstante que la refrigeracin, como la conocemos actualmente, data de unos sesenta aos, algunos de sus principios fueron conocidos hace tanto como 10 000 aos antes de Cristo.

Uno de los grandes sistemas para suprimir el calor sin duda fue el de los egipcios. Este se utilizaba principalmente en el palacio del faran. Las paredes estaban construidas de enormes bloques de piedra, con peso superior de 1000 toneladas y de un lado pulido y el otro spero.

Durante la noche, 3000 esclavos desmantelaban las paredes y acarreaban las piedras al Desierto del Shara. Como la temperatura el en el desierto disminuye notablemente a niveles muy bajos durante el transcurso de la noche, las piedras se enfriaban y justamente antes de que amaneciera los esclavos acarreaban de regreso las piedras al sitio donde el palacio y volvan a colocarlas al sitio donde estas se encontraban. Se supone que el faran disfrutaba de temperaturas alrededor de los 26.7C, mientras que afuera estas se encontraban hasta en los 54C o mas. Como se menciono se necesitaban 3000 esclavos para poder efectuar esta labor de acondicionamiento, lo que actualmente se efecta fcilmente.

CONCEPTO El acondicionamiento del aire es el proceso que enfra, limpia y circula el aire, controlando, adems, su contenido de humedad. En condiciones ideales logra todo esto de manera simultnea.

Como enfriar significa eliminar calor, otro trmino utilizado para decir refrigeracin, el aire acondicionado, obviamente este tema incluye a la refrigeracin.


20

COMO FUNCIONA UN AIRE ACONDICIONADO (CLIMA).

El acondicionador de aire o clima toma aire del interior de una recamara pasando por tubos que estn a baja temperatura estos estn enfriados por medio de un liquido que a su vez se enfra por medio del condensador, parte del aire se devuelve a una temperatura menor y parte sale expulsada por el panel trasero del aparato, el termmetro esta en el panel frontal para que cuando pase el aire calcule la temperatura a la que esta el ambiente dentro de la recamara, y as regulando que tan fro y que tanto debe trabajar el compresor y el condensador.

Componentes esenciales de un clima: Abanico. Compresor. Termmetro. Lquido enfriador. Panel o condensador.


21

ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE

El acondicionamiento de aire es el proceso ms completo de tratamiento del aire ambiente de los locales habitados; consiste en regular las condiciones en cuanto a la temperatura (calefaccin o refrigeracin), humedad, limpieza (renovacin, filtrado) y el movimiento del aire dentro de los locales. Si no se trata la humedad, sino solamente de la temperatura, podra llamarse climatizacin.

Entre los sistemas de acondicionamiento se cuentan los autnomos y los centralizados.

Los sistemas autnomos producen el calor o el fro y tratan el aire (aunque a menudo no del todo). Los centralizados tienen un/unos acondicionador/es que solamente tratan el aire y obtienen la energa trmica (calor o fro) de un sistema centralizado. En este ltimo caso, la produccin de calor suele confiarse a calderas que funcionan con combustibles. La de fro a mquinas frigorficas, que funcionan por compresin o por absorcin y llevan el fro producido mediante sistemas de refrigeracin.

La expresin aire acondicionado suele referirse a la refrigeracin, pero no es correcto, puesto que tambin debe referirse a la calefaccin, siempre que se traten (acondicionen) todos o algunos de los parmetros del aire de la atmsfera. Lo que ocurre es que el ms importante que trata el aire acondicionado, la humedad del aire, no ha tenido importancia en la calefaccin, puesto que casi toda la humedad necesaria cuando se calienta el aire, se aade de modo natural por los procesos de respiracin y transpiracin de las personas. De ah que cuando se inventaron mquinas capaces de refrigerar, hubiera necesidad de crear sistemas que redujesen tambin la humedad ambiente.

Los principios de los acondicionadores de aire son iguales a los del cuerpo humano. La mayora de los lquidos requieren considerable calor para evaporarse. El agua en ebullicin, por ejemplo, es una forma de evaporacin rpida que resulta de la adicin de calor. De una manera ms lenta, nos refrescamos a medida que el sudor se evapora por el calor del cuerpo.

Este sistema funciona bien en atmsferas secas. En Texas los ventiladores usan el aire seco y caliente del exterior a travs de una rejilla de fibras empapada en agua, y lo expele, enfriado y humedecido, en los hogares y restaurantes. El aire es tan seco que puede tomar el agua evaporada sin llegar a ser muy hmedo. Obsrvese que el aire es enfriado porque debe dar algo de su calor para evaporar el agua.

En reas ms hmedas donde el aire ya tiene casi toda la humedad que puede obtener, este sistema no funciona, y debe seguirse otro ligeramente distinto.


22

Cul es el principio?

Cuando el liquido se expande en tubos cerrados (no se desea perder nada del lquido llamado fren 12 o fenetrn 12) se enfra demasiado y a su vez enfra el aire ambiente. Luego que el lquido ha ejecutado esta funcin, el compresor lo comprime y lo convierte en un gas caliente. El gas es transportado a una serie de tubos afuera del cuarto, y el aire exterior, ms fro que el gas, lo enfra en un lquido relativamente caliente (110 F.). Convertido en lquido, puede ahora enfriar el ambiente una vez expandido y vaporizado ya que la temperatura desciende hasta 40 F.

El acondicionador de aire, as como la nevera elctrica, posee un sistema cerrado de 2 juegos de bobinas (una caliente para el exterior, otra fra para el interior) usualmente aleteadas para darles una mayor rea de conduccin del calor dentro del lquido. Las bobinas estn interconectadas por una constriccin un tapn con un hueco pequeo en el punto de unin y por el compresor una bomba pequea en el otro.

Los motores elctricos accionan el compresor y dos ventiladores: un ventilador circula el aire ambiente alrededor de las bobinas fras, el otro circula el aire exterior alrededor de las bobinas calientes.

En instalaciones de casas modernas se aade un termostato, el cual desconecta el motor que acciona el compresor cuando la temperatura del aire ambiente (medida a la salida del aire ambiente) baja al nivel deseado. El ventilador contina circulando el aire, pero el refrigerante (el lquido vaporizador) ya no. En esta forma el consumo de corriente se reduce. A medida que la temperatura ambiente sube, el termostato siente el cambio y enciende el compresor para comenzar otra vez el ciclo de enfriamiento. La mayora de estos acondicionadores de aire tienen botones de control para ajustar el termostato a fin de activar el compresor a la temperatura ambiente deseada.

Obsrvese que las bobinas calientes pueden ser enfriadas por agua corriente, agua de ro o agua de arroyo, as como el aire exterior. A veces es ms econmico hacer esto, y es una necesidad en instalaciones grandes cuando todo el edificio tiene que ser enfriado.

Las caractersticas de los acondicionadores de aire han sido normalizadas por la Asociacin Norteamericana de Normas para que las mquinas de distintos fabricantes puedan ser comparadas en su capacidad de enfriamiento. La norma est basada en el Btu (Unidad Trmica Britnica) una medida de calor en ingeniera. Un Btu es el calor requerido para elevar en un grado F. una libra de agua.


23

TIPOS DE AIRE ACONDICIONADO

Un equipo para cada necesidad Ventiladores, climatizadores, evaporadores, aire acondicionado... La variedad de aparatos disponible en el mercado para enfriar una estancia es tal, que conviene saber qu sistema se adapta mejor a las necesidades y posibilidades de cada hogar. La estrella del verano en materia de refrigeracin son los sistemas de aire acondicionado, un autntico lujo hace unos aos, pero mucho ms habituales en nuestras casas hoy debido a sus accesibles precios. Segn datos del Instituto para la Diversificacin y Ahorro de la Energa (IDAE), aunque actualmente slo el 12% de los hogares en Mxico cuenta con aparatos de aire acondicionado, en los ltimos aos se ha disparado la compra de estos equipos.

A pesar de que el consumo derivado de su uso representa slo el 1% respecto al total elctrico anual domstico, el auge de este tipo de instalaciones es tal que, en numerosas zonas de Monterrey, Chihuahua, Jalisco y la capital la punta de demanda elctrica se ha desplazado al verano, con los consiguientes "picos" de consumo energtico que pueden conllevar en das de mximo uso.

MULTI SPLIT

Instalacin y funcionamiento. Una unidad exterior alimenta, segn las necesidades, desde 2 hasta 5 unidades interiores. Las unidades interiores pueden ser de tipo mural, suelo-techo, casette o mixtas. El hueco necesario para unir la unidad exterior y la interior es muy pequeo. Un hueco de 10 cm x 10 cm, es suficiente. Indicado. Para climatizar viviendas de ms de 100 metros cuadrados, casas unifamiliares. Ventajas. Permite regular la climatizacin de las estancias de manera independiente. Desventajas. La instalacin debe hacerla un profesional. *Capacidad de refrigeracin. Entre 1.700 y 5.000 frigoras/hora. *Precio Entre 500 y 1.800 euros (2 uds.). Entre 1.500 y 3.000 euros (3 uds.).

SPLIT (PARTIDO) Consta de una unidad interior y otra exterior. La interior est compuesta por el evaporador, el ventilador, el filtro de aire y el sistema de control, y la unidad exterior donde se encuentra el compresor y el condensador. Estn equipados con filtros purificadores de aire, deodorizantes, de prevencin de humedad y dems sistemas de mejora de la calidad del aire. Pueden trabajar en modo de humidificacin cuando la diferencia entre la temperatura del ambiente y la programada es reducida, ms econmico, o en modo refrigeracin.

Capacidad de refrigeracin. Entre 1.000 y 8.000 frigoras, los ms habituales para vivienda. Precio. Entre 200 y 3.000 euros.


24

CLIMATIZADOR DE VENTANA Instalacin y funcionamiento. Unitario y compacto, se instala en un hueco -hecho a los efectos- de una ventana o muro exterior, quedando medio equipo fuera y el otro medio dentro. Indicado. Para viviendas donde no est permitida la colocacin de unidades condensadoras en fachadas. Ventajas. Asegura la ventilacin del local, ya que insufla aire fresco al interior y renueva el aire viciado. Desventajas. La instalacin debe hacerla un profesional. Poco esttico. Es de los ms ruidosos, aunque algunos de sus ltimos modelos anuncian un bajo nivel sonoro. Capacidad de refrigeracin. Entre 1.500 y 5.000 frigoras/hora. Precio. Entre 300 y 1.000 euros.

OSPLIT PORTTIL Instalacin y funcionamiento. Tiene dos unidades, una exterior, tipo maleta, y otra interior. Se conectan a travs de tuberas incorporadas a los equipos. Indicado. Ideales para acondicionar viviendas pequeas, de alquiler o segunda residencia. Mximo 15-20 metros cuadrados. Ventajas. No requiere la intervencin de un profesional para instalarlo. Se puede trasladar de una habitacin a otra y acondicionar segn las necesidades. No ocupa demasiado espacio. Desventajas. Su movilidad depende de su peso y de la longitud del tubo. La ventana tiene que permanecer abierta para dejar paso al tubo flexible, lo que hace que se pierda parte de los beneficios de la refrigeracin. Capacidad de refrigeracin. Entre 1.000 y 2.600 frigoras/hora. Precio. Entre 300 y 1.000 euros.

MONOBLOC PORTTIL Instalacin y funcionamiento. Es un aparato compacto que extrae el calor expulsando el aire caliente hacia el exterior a travs de un tubo flexible. Un sencillo hueco en un cristal o en el cerco de una ventana sirven para colocar el tubo del conducto por el que se expulsa el calor. Indicado. Ideales para acondicionar viviendas pequeas, de alquiler o segunda residencia. Mximo 15-20 metros cuadrados. Ventajas. No requiere la intervencin de un profesional para instalarlo. Se puede trasladar de una habitacin a otra. Es ms cmodo y econmico que el split porttil. Desventajas. Es ruidoso porque el compresor est en la, nica, unidad interior. Enfra menos que un split porttil, porque su potencia es inferior. Capacidad de refrigeracin. Entre 1.500 y 3.000 frigoras/hora. Precio. Entre 300 y 600 euros.


25

CAPITULO 2

PLANTEAMIENTO


26

Se utilizara un aire acondicionado como medio para lograr nuestro objetivo de disear un controlador por medio de las reglas difusas y lgica borrosa, este ser solo la interfaz, ya que el cerebro detrs de todo esto ser nuestro controlador, primero plantendolo sobre ecuaciones de estado o quiz porque no generando un modelo matemtico que vaya regido por las condiciones que estableceremos.

Para poder crear un entorno de esta manera se deben considerar muchas cosas que por primera vista pareceran inofensivas e irrelevantes, pero afectan todo, si deseamos tener el control de la temperatura dentro de una habitacin, se necesita tomar en cuenta desde las dimensiones de volumen del lugar, si existen orificios o hay hermeticidad, el material con que esta hecho, si son ladrillos, si es pared de concreto incluso si es estructura de madera, adems de las perturbaciones externas, como es el lugar geogrfico de ubicacion, el mismo clima la humedad en el suelo, en el aire, la vaporizacin de sustancias, el tipo de gente, etc.

Es por eso que se enfoco en una habitacin ya sea de servidores centralizados de telecomunicaciones o una bveda que mantenga a cierta temperatura substancias qumicas y reacciones.

Se tiene en cuenta tambin el calor generado por el mismo sistema, el que nos proporcionan las paredes y tambin las personas que accedan a esta habitacin, al final son perturbaciones.

Se inicia por crear y desarrollar los parmetros que se necesitaran como es la temperatura, el calor, etc.

Se Continua por definir las ecuaciones que ayudan a simular la planta por medio del software matlab en este apartado se analiza a detalle el comportamiento del sistema y las respuestas que proporcionan las graficas.

Aqu entra la parte principal de la estructura del proyecto, la lgica difusa que con los parmetros de membreca se construyen la regla o reglas necesarias para manipular al actuador, no es sencillo ya que se necesita tomar en cuenta los rangos de nivel, el encendido o apagado de algn sistema, sin tener que dejar el mas mnimo detalle al aire, se contemplan demasiados factores.

Se pasara a una etapa de potencia donde se regula ese voltaje que no es muy sencillo controlar y que no seria nada bueno para los dispositivos de comunicacin en este caso el que se utiliza la tarjeta de adquisicin de datos de National Instruments.

Finalmente se estudia del funcionamiento y comportamiento del actuador fsico, (aire acondicionado) y se realizan las pruebas pertinentes para establecer un enlace con el software de entorno grafico de programacin labview, que dar el nivel de velocidad y censara la temperatura la que se rige y a la que se pretende manipular, actuara como un panel principal.


27

CAPITULO 3

MODELO MATEMTICO LGICA DIFUSA


28

FUNDAMENTOS Y DISEO DEL CONTROLADOR CON LOGICA DIFUSA. ANLISIS Y OBTENCIN DEL MODELO MATEMTICO

Modelo Matemtico de la planta. Para desarrollar el controlador con Lgica Difusa, lo primero que se necesita es identificar las variables que intervienen en el proceso, las cuales se describen a continuacin.

Medio controlado: espacio a controlar. Variable controlada: temperatura Agente de control: aire frio inyectado al espacio (habitacin) Elemento primario de medicin: sensor LM35 Elemento final de control: Aire acondicionado

Una vez determinadas las variables, se requiere ver que factores (en este caso las perturbaciones que podran afectar a nuestro sistema de control) intervienen para poder controlar o mantener la habitacin en una temperatura ideal.

Se puede estudiar la variacin de la temperatura en el interior de la habitacin a partir de las siguientes fuentes: 1. calor aportado desde el exterior a travs de las paredes. 2. corriente que circula por la resistencia del aire acondicionado. 3. tensin aplicada al sistema de refrigeracin. 4. calor que ingresa al abrir la puerta.

La habitacin acta, en virtud del aire que la llena, como un medio capaz de almacenar el calor que se le aporta, es decir, como si fuese un capacitor.


29

En virtud de las variaciones trmicas, dicho capacitor almacenara el calor aportado por los distintos flujos de calor. La ecuacin diferencial que gobierna el comportamiento del sistema es entonces:

( ) ( )=

=

4

1ii tqj

dttdC

Donde: ( )ti : es la temperatura en el interior de la habitacin,

C : es su capacitancia trmica ( )tqj : son los flujos de calor aportados por fuentes antes mencionadas.

Para definir el modelo es necesario analizar los diferentes flujos de calor: ( )tq1 : Calor aportado desde el exterior por conduccin trmica a travs de las paredes. Este flujo de

calor esta dado por. ( ) ( ) ( )( )tie tktq = 11

Donde e(t) y i(t) son respectivamente las temperaturas en el exterior y el interior de la habitacin. La constante K1 depende de la conductividad trmica del material de las paredes (), del rea a travs delas que se realiza el intercambi trmico (A) y del espesor de dichas paredes (E), de la siguiente forma:

EAk =1

El rea es la de las cuatro paredes ms la del techo (por el piso no hay intercambio de calor): A = 2 m2. El espesor de la pared es E = 5cm. La conductividad del material es de = 0 ,84 W/mC. Para expresar todos los aportes de calor en kW hacemos:

CkWk

= 1456.01

( )tq2 : Calor aportado por la resistencia del aire acondicionado. Una resistencia R por la que circula una corriente i(t), disipa calor al medio con una potencia Ri2(t). Es decir

( ) ( )kWtiktq 222 =

Si asumimos una R = 1000 e i(t) medida en A, la constante K2 es:

= kk 12

( )tq3 : Calor aportado por el refrigerador. En este caso, el flujo de calor es proporcional a la tensin aplicada al refrigerador, v(t). La constante de proporcionalidad define la cantidad de calor que elimina el refrigerador por cada voltio con que se lo alimenta. Es decir:

( ) ( )tvtq =3

En este caso la constante de proporcionalidad vale:

VkWk 02.03 =


30

( )tq4 : Calor generado por el intercambiado con el medio cuando la puerta est abierta. Es posible modelar esto considerando que el intercambio de calor se realiza como en el caso de la conduccin por las paredes pero con la constante de proporcionalidad K4 mucho mayor que K1.

Dado que hay mucha menor resistencia al paso del calor, consideraremos K4 = 50 K1. Para poder incorporar este flujo de calor a la ecuacin, tambin es necesario modelar la apertura de la puerta. Para esto, podemos incorporar un factor aleatorio a(t):

( ) ( ) ( ) ( )( )tie tktatq = 44

Cuando a(t) = 1 la puerta estar abierta mientras que cuando a(t) = 0 la puerta estar cerrada. La frecuencia con que se abre la puerta puede obtenerse por simple observacin y registro de las entradas y salidas en el mismo laboratorio. Para este caso se ha determinado que la puerta se abre una vez por hora y permanece abierta durante 10 s. En funcin de estos cuatro aportes de calor, ahora es posible escribir la ecuacin de equilibrio trmico de la habitacin de la siguiente forma:

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )tvktiktkdttdC tiei 3

2241 a(t)k +++=

(1)

Modelo en tiempo discreto. Para poder implementar un controlador digital o simular este sistema en una computadora es necesario discretizarlo. Una aproximacin discreta para este sistema es: partimos de la ecuacin (1) para pasar a tiempo discreto

( ) [ ] [ ][ ]( )

[ ] [ ]11 4141

41

+++

++

++=+ n

knTaTkCknakT

nknTTKC

Cn ei

a

[ ] [ ] [ ] [ ]1413

41

2 +++

+++

+ nvknTTkC

Tkni

knTTkCTk

aa

(2)

Donde T es el intervalo de tiempo con que se actualizan las variables del sistema.

Esta ecuacin nos permitir calcular la temperatura en cada instante de tiempo n una vez especificados los valores de C, T y la probabilidad de que a[n] = 1.

C : Capacitancia trmica de la caja depende de su calor especfico y su masa de aire. C = Mcp = Vcp. El volumen es V = 12 m3, la densidad del aire es = 1,25 kg/m3 y el calor especfico es cp =1,007 kJ/kg_C. Por lo tanto:

CkJC

= 105.15

T: el intervalo de muestreo debe ser suficientemente pequeo para poder observar cualquier cambio brusco en las variables del sistema.

T = 10 s. a[n] : la puerta se abre una vez por hora, es decir, una vez cada 3600 segundos.


31

Como T = 10s, la puerta se abrir la una vez cada 360 iteraciones en el sistema. Por lo tanto, a[n] resulta una variable aleatoria para la cual esta variable resulta aleatoria.

De la ecuacin (1) obtenemos las ecuaciones en tiempo discreto y los valores de cada una de las constantes.

Ahora ya es posible hacer la conexin de la planta puesto que tenemos variables de entrada y salida que en este caso son las siguientes:

Entrada: ( )tvk3 , ( )tik 22 : voltaje y corriente Salidas: ( ) ( )( )tie tk + 41 a(t)k : diferencia de temperatura.

q(k+1) q(k)1

temperaturaz

1

Unit Delay

41

SliderGain

-K-

Gain2

-K-

Gain1

-K-

Gain

-C-

Constant

2corriente

1voltaje

Planta del sistema de refrigeracion

Entradas del Sistema

Salida del Sistema

Ganancia Variable que permite ajustar la temperatura deseada

(T*k3)/(T+T*k1+T*A+k4)

T*k2)/(T+T*k1+T*A+k4) C/(T+T*k1+T*A+k4)

(T*(k1+A*k4))/(T+T*k1+T*A+k4)


32

Partimos de la ecuaion (2) para realizar la conexion de la planta.

Podemos ver que nuestro sistema tiene las cuatro entradas o factores que intervienen en el proceso:

1. calor aportado desde el exterior a travs de las paredes. 2. corriente que circula por la resistencia del aire acondicionado. 3. tensin aplicada al sistema de refrigeracin. 4. calor que ingresa al abrir la puerta.

Con sus respectivas constantes establecidas, estas previamente se introducen en el matlab, para que dicho sistema pueda funcionar correctamente.

Como esta en tiempo discreto maneja un retardo unitario para poder ver las muestras en un instante de tiempo.

En el tema siguiente se describira el sistema del control de temperatura.


33

HISTORIA DE LOGICA DIFUSA.

La teora de conjuntos difusos fue introducida por Lofti A. Zadeh como un mecanismo de representacin de imprecisin de los conceptos empleados en el lenguaje natural [Zadeh, 1965].

Los conjuntos difusos fueron definidos como una extensin de los conjuntos clsicos que permitiera modelar la imprecisin de los conceptos humanos. En la teora clsica de conjuntos, formulada por George Cantor a finales del sigloXIX, un cierto elemento puede pertenecer o no a un determinado conjunto, es decir, la relacin de pertenencia puede tomar nicamente los valores verdadero o falso. La modificacin fundamental propuesta por Zadeh consiste en introducir un grado de pertenencia, esto es, expresar la pertenencia de un elemento a un conjunto como un nmero real en el intervalo [0,1].

Un grado de pertenencia 0 indica que un elemento no pertenece a un determinado conjunto, mientras que un grado de pertenencia 1 indica que el elemento pertenece totalmente al conjunto. Valores intermedios indican una pertenencia parcial de un elemento al conjunto.

CONCEPTOS BSICOS DE LGICA DIFUSA. La Difusifisidad.

Difusifisidad es incertidumbre determinstica Difusifisidad esta relacionada al grado con el cual los eventos ocurren sin importar la

probabilidad de su ocurrencia.

Por ejemplo, el grado de juventud de una persona es un evento difuso sin importar que sea un elemento aleatorio.

Algunos puntos a favor de la difusifisidad frente a la probabilidad seran:

Difusifisidad es una incertidumbre determinstica, la probabilidad es no determinstica. La incertidumbre probabilstica se disipa con el incremento del nmero de ocurrencias y la

difusifisidad no. La difusifisidad describe eventos ambiguos. La probabilidad describe los eventos que ocurren.

Si un evento ocurre es aleatorio. El grado con el cual ocurre es difuso.

CONCEPTOS IMPRECISOS. Aceptamos la imprecisin como una consecuencia natural de ''la forma de las cosas en el mundo''. La dicotoma entre el rigor y la precisin del modelado matemtico en todos los campos y la intrnseca incertidumbre de ''el mundo real'' no es generalmente aceptada por los cientficos, filsofos y analistas de negocios.

Nosotros simplemente aproximamos estos eventos a funciones numricas y escogemos un resultado en lugar de hacer un anlisis del conocimiento emprico. Sin embargo procesamos y entendemos de manera implcita la imprecisin de la informacin fcilmente. Estamos capacitados para formular planes, tomar decisiones y reconocer conceptos compatibles con altos niveles de vaguedad y ambigedad.


34

Considere las siguientes sentencias: La temperatura est caliente La inflacin actual aumenta rpidamente Los grandes proyectos generalmente tardan mucho Nuestros precios estn por abajo de los precios de la competencia Alejandro es alto pero Ana no, es bajita

Estas proposiciones forman el ncleo de nuestras relaciones con ''la forma de las cosas en el mundo''. Sin embargo, son incompatibles con el modelado tradicional y el diseo de sistemas de informacin. Si podemos incorporar estos conceptos logramos que los sistemas sean potentes y se aproximen ms a la realidad.

Pero, es la imprecisin un concepto artificial utilizado para aumentar o disminuir en uno o ms las propiedades de los fenmenos? o es una parte intrnseca del fenmeno en s mismo?

Esta es una pregunta importante ya que es la parte fundamental de las medidas de la teora difusa. Como veremos la fuzzificacin es independiente de cualquier capacidad para medir, ya que un conjunto difuso es un conjunto que no tiene lmites bien definidos.

Un conjunto difuso tiene muchas propiedades intrnsecas que afectan la forma del conjunto, su uso y como participa en un modelo. Las propiedades ms importantes de un conjunto difuso son las concernientes a las dimensiones verticales del conjunto difuso y las dimensiones horizontales. La altura de un conjunto difuso es como mximo un grado de pertenencia y es una cota cercana al concepto de normalizacin. La superficie de la regin de un conjunto difuso es el universo de valores. Todos estos conceptos se tratarn ms adelante.

Es decir un conjunto difuso A se considera como un conjunto de pares ordenados, en los que el primer componente es un nmero en el rango [0,1] que denota el grado de pertenencia de un elemento u de U en A, y el segundo componente especifica precisamente quin es se elemento de u.

En general los grados de pertenencia son subjetivos en el sentido de que su especificacin es una cuestin objetiva. Se debe aclarar que aunque puede interpretarse como el grado de verdad de que la expresin ''u A'' sea cierta, es ms natural considerarlo simplemente como un grado de pertenencia.

CONJUNTOS DIFUSOS. Los conjuntos difusos se distinguen de los conjuntos tradicionales en que un objeto puede pertenecer parcialmente a un conjunto, o hasta pertenecer parcialmente a varios conjuntos. En cunto pertenece o no un objeto a un conjunto difuso se llama grado de pertenencia, y este valor est definido por la funcin de pertenencia del conjunto, que por lo general se representa mediante la letra griega :

(x) = grado de pertenencia

Una caracterstica importante de los conjuntos difusos es que un solo valor puede ser miembro de varios conjuntos difusos a la vez, con el mismo o diferente grado de pertenencia.


35

Las funciones de pertenencia se pueden clasificar segn su simplicidad matemtica y su manejabilidad y son: triangular, trapezoidal, gaussiana, gamma, pi, campana etc... En general se definen funciones de pertenencia que se pueden ver en la siguiente figura:

Grafico que representa las funciones tpicas de pertenencia.

LAS ETIQUETAS LINGSTICAS Y OPERADORES. El centro de las tcnicas de modelado difuso es la idea de variable lingstica. Desde su raz, una variable lingstica es el nombre de un conjunto difuso. Si tenemos un conjunto difuso llamado ''largo'' ste es una simple variable lingstica y puede ser empleada como una regla-base en un sistema basado en la longitud de un proyecto en particular Si duracin-proyecto es largo entonces la-terminacin-de-tareas es decreciente.

Una variable lingstica encapsula las propiedades de aproximacin o conceptos de imprecisin en un sistema y da una forma de computar adecuada. Esto reduce la aparente complejidad de describir un sistema que debe concordar con su semntica. Una variable lingstica siempre representa un espacio difuso.

Lo importante del concepto de variable lingstica es su estimacin de variable de alto orden ms que una variable difusa. En el sentido de que una variable lingstica toma variables difusas como sus valores.

En el campo de la semntica difusa cuantitativa al significado de un trmino "x" se le representa como un conjunto difuso M(x) del universo de discusin. Desde este punto de vista, uno de los problemas bsicos en semntica es que se desea calcular el significado de un trmino compuesto.

La idea bsica sugerida por Zadeh es que una etiqueta lingstica tal como ''muy'', ''ms o menos'', ''ligeramente'', etc., puede considerarse como un operador que acta sobre un conjunto difuso asociado al significado de su operando. Por ejemplo en el caso de un trmino compuesto ''muy alto'', el operador ''muy'' acta en el conjunto difuso asociado al significado del operando ''alto''.


36

Una representacin aproximada para una etiqueta lingstica se puede lograr en trminos de combinaciones o composiciones de las operaciones bsicas explicadas en la seccin anterior. Es importante aclarar que se har mayor nfasis en que estas representaciones se proponen principalmente para ilustrar el enfoque, ms que para proporcionar una definicin exacta de las etiquetas lingsticas.

Zadeh tambin considera que las etiquetas lingsticas pueden clasificarse en dos categoras que informalmente se definen como sigue:

Tipo I: las que pueden representarse como operadores que actan en un conjunto difuso: ''muy'', ''ms o menos'', ''mucho'', ''ligeramente'', ''altamente'', ''bastante'', etc.

Tipo II: las que requieren una descripcin de cmo actan en los componentes del conjunto difuso (operando): ''esencialmente'', ''tcnicamente'', ''estrictamente'', ''prcticamente'', ''virtualmente'', etc.

OPERACIONES SOBRE CONJUNTOS DIFUSOS. Al igual que en los conjuntos tradicionales, existe una serie de reglas que aplican al realizar operaciones sobre los conjuntos difusos; existen dos tipos de operaciones. El primer tipo, llamado operaciones sobre conjuntos, toma dos o ms conjuntos difusos y a partir de estos se obtiene algn resultado.

El segundo tipo, llamado operaciones de modificacin toman un solo conjunto y lo modifican o cambian su significado. Este tipo de operaciones no son comunes por lo que no se describirn aqu.

Descripcin del funcionamiento:

Operador Interseccin: El operador interseccin, tambin llamado operador AND, se define como:

Es decir, el resultado de la interseccin entre dos conjuntos es el valor mnimo de la funcin de pertenencia para algn valor X y Y dado.

Operador Unin: El operador unin, tambin llamado operador OR, se define como:

Es decir, el resultado de la interseccin entre dos conjuntos es el valor mximo de la funcin de pertenencia para algn valor X y Y dado.

Operador Complemento: El operador complemento, tambin llamado operador NOT, se define como:

Este operador determina el grado de pertenencia de algn valor miembro en el negado de su conjunto.


37

REGLAS DE LGICA DIFUSA El anlisis realizado por controladores con lgica difusa parte de cierto tipo de razonamiento que permite obtener resultados lgicos e tiles.

La lgica difusa se basa en un conjunto de reglas llamados predicados, premisas o condiciones, que es solo una combinacin de operadores AND, OR, o NOT, para inferir un resultado.

Una regla se inicia con un if, o sea un si, y la condicin a revisar puede constar de operadores AND, OR, o NOT. El proceso se inicia si la condicin del if se cumple; en este caso se dice que la regla se ha activado. Cuando esto sucede, se procede a calcular una salida que depende de la parte then o entonces, que tambin puede estar formado por operadores AND, OR, o NOT. Tericamente, como todo valor de alguna variable pertenece a todos los conjuntos difusos de esa variable, toda condicin if se cumple. Por esto en vez de hablar de activacin absoluta se habla del grado de activacin de una regla. El grado de activacin de una regla es el resultado del predicado de la condicin if.

Luego de esto se puede obtener el resultado o conclusin de la regla. La conclusin consta de una serie de predicados unidos por operadores AND u OR. Al igual que la regla, la conclusin tiene grados de activacin.

Existen varios mtodos para inferir resultados; uno de los ms comunes y que se utiliza en el diseo de este trabajo es el mtodo de Mamdani que se describe a continuacin.

PARTES DE UN CONTROLADOR CON LGICA DIFUSA METODO DE MANDAMI

Un controlador que utiliza lgica difusa se asemeja mucho a un controlador normal. La salida de la planta es la entrada del controlador, y a partir de los datos de la planta el controlador crea una salida de control para la planta. Si el controlador fuera una caja negra, la nica manera de diferenciar entre un controlador que utiliza lgica difusa y cualquier otro tipo sera solo observar la mejora en aspectos como sobrepaso, etc.

Sin embargo al analizar el controlador por dentro se puede ver que existe una gran diferencia. Un controlador que usa lgica difusa consta de tres etapas principales, que se muestran en la siguiente figura:

Diagrama de bloques de un controlador con lgica difusa


38

El proceso de construir un controlador que utilice lgica difusa se puede dividir en la construccin de sus tres partes componentes. Este esquema representa el mecanismo de inferencia de Mamdani. Segn Mamdani, el proceso de inferencia conlleva lo siguiente: paso al mundo difuso a partir de funciones de pertenencia, obtener el grado de activacin de las reglas y a partir de estas obtener la conclusin, y luego pasar al mundo real este resultado. A continuacin se hace una descripcin de estas partes.

PASO AL MUNDO DIFUSO

El primer paso que debe realizar el controlador es pasar la variable medida al mundo difuso, para que pueda ser utilizado por las siguientes etapas. Esto se hace utilizando funciones de pertenencia de conjuntos difusos predefinidos. Por cada variable de entrada al controlador, esta etapa determina su grado de pertenencia a algn conjunto difuso, a partir de la funcin de pertenencia del conjunto.

EVALUACIN DE REGLAS

Esta etapa constituye el cerebro del controlador, puesto que aqu es donde se define la lgica que debe realizar para controlar adecuadamente a la planta. La entrada a esta etapa es el grado de pertenencia de las variables de entrada a algn conjunto difuso. A partir de estos datos se evalan un conjunto de reglas, como se describi anteriormente, para obtener un resultado. A partir del grado de activacin de la condicin if se obtiene el grado de activacin de la conclusin.

A partir de este resultado se obtiene una funcin de pertenencia para la salida, similar a las funciones de pertenencia de los conjuntos difusos. Esta funcin de pertenencia depende de las funciones de pertenencia de los conjuntos que definen la regla que aplica.

PASO AL MUNDO REAL

Una vez que se tiene la funcin de pertenencia para la salida, lo que resta es pasar esto al mundo real, para que pueda controlar a algn dispositivo de la planta. Existen varios mtodos a partir de los cuales se obtiene esta seal. Los ms usados son los del valor mximo y el de centro de gravedad:

Mtodo de Valor Mximo: En este mtodo la salida se toma como el valor de la conclusin de la regla que obtuvo mayor grado de pertenencia. Usar este de mtodo no resulta tan atractivo puesto que se pierde algo de las ventajas de los conjuntos difusos.

Mtodo del Centro de Gravedad: Este mtodo es un tipo de promedio y por esto se utiliza mucho. As no se pierde el aspecto difuso del controlador usado, como si sucede con el mtodo del Valor Mximo. En este mtodo lo que se realiza es el clculo del centro de masa del grafico de la funcin de pertenencia del resultado.


39

DISEO DEL CONTROL IMPLEMENTANDO LOGICA DIFUSA.

Un punto importante que cabe mencionar es que los conjuntos difusos no requieren tener una ecuacin matemtica precisa de su funcin de pertenencia, sino que pueden tener descripciones lingsticas. Esto es fundamental de la utilidad que tiene usar lgica difusa en controladores, puesto que una planta se puede describir funcionalmente y no matemticamente. Una vez obtenida la planta construimos nuestra logica difusa tomando en cuenta lo siguiente

1. Como primer paso debemos definir nuestros conjuntos difusos de entrada y salida

Para nuestros prototipo se tienen 4 conjuntos difusos: dos entradas y dos salidas, que conforman los siguientes terminos lingsticos.

Entradas: Set point: es la temperatura a la cual queremos mantener nuestra habitacion o espacio a controlar. El conjunto difuso de set point tiene las siguientes etiquetas linguisticas.

muy frio frio templado fresco ambiente

Temperatura: es la temperatura a la que se encuentra el ambiente, es decir el calor que ingesa a la habitacion. El conjunto difuso de la temperatura tiene las siguientes etiquetas linguisticas.

cero

baja media alta muy alta

Voltaje: Que sera la velocidad con la que el ventilador tendra que girar ya sea a su maxima potencia en caso de requerir una temperatura muy baja y a su minima potencia cuando se necesite mantener la temperatura ideal.

El conjunto difuso de voltaje tiene las siguientes etiquetas linguisticas. cero

muy pequeo pequeo media grande muy grande mxima


40

Corriente: es la que mantiene al ventilador en una velocidad constante cuando se ha llegado a la temperatura deseada..

El conjunto difuso de corriente tiene las siguientes etiquetas linguisticas. Cero Muy pequeo Pequeo Medio Grande Muy grande Maxima

2. Ahora se definen estos conjuntos en dentro de la funcin fuzzy de Matlab 3. Una vez definidos nuestros conjuntos es tiempo de trasladarlos a nuestro bloque del

controlador de tal manera que queden como se muestra en la figura.

Funciones de membresia para el conjunto set point

Funciones de membresia para el conjunto temperatura


41

Funciones de membresia para el conjunto voltaje

Funciones de membresia para el conjunto corriente

Las funciones de activacion son de forma triangular, se eligio este tipo por que con el se logra ser mas especifico en los valores de pertenencia.

4. Una vez hecho esto es hora de implementar las reglas para el control del sistema.

Como resultado en el diseo para este controlador se obtienen una serie de expresiones que indican el estado de la posicin de la temperatura y velocidad del motor, se explican a continuacin:

En el caso del control de la temperatura en el aire acondicionado, para poder establecer las reglas, es preciso realizar una divisin del dominio de posibles valores de salida, en este caso el cambio de velocidad del ventilador, creando una serie de conjuntos borrosos, de ah, que cuando la temperatura sea la deseada(fria) entonces el sensor nos indicara que el compresor no debe prenderse y el ventilador estar trabajando a una velocidad media a menos que la temperatura cambie; aqu se establecen las reglas.

Reglas del Modelo: Segn el nmero de variables de entrada y salida que existan y sus funciones de pertenencia ser el nmero de reglas que es posible generar, para el diseo de este controlador se establecieron 25 reglas esto es por el nmero de entradas y salidas que tienen 5 variables lingsticas. Las reglas se describen a continuacion.


42

REGLA 1: Si el set point lo quiero situar en muy fro y tengo una temperatura alta, entonces el voltaje (velocidad del ventilador) ser max y la corriente (resistencia del aire acondicionado) ser cero.

REGLA 2: Si el set point lo quiero situar en frio y tengo una temperatura media, entonces el voltaje (velocidad del ventilador) ser muy pequeo y la corriente (resistencia del aire acondicionado) ser cero.

REGLA 3: Si el set point lo quiero situar en templado y tengo una temperatura media, entonces el voltaje (velocidad del ventilador) ser muy pequeo y la corriente (resistencia del aire acondicionado) ser cero.

REGLA 4: Si el set point lo quiero situar en fresco y tengo una temperatura media, entonces el voltaje (velocidad del ventilador) ser muy pequeo y la corriente (resistencia del aire acondicionado) ser cero.

REGLA 5: Si el set point lo quiero situar en ambiente y tengo una temperatura alta, entonces el voltaje (velocidad del ventilador) ser muy pequeo y la corriente (resistencia del aire acondicionado) ser cero.

Se observa que en estas expresiones se hace uso del operador lgico AND Y, la interseccin mnima entre los conjuntos es la condicin que se utiliza para que se active la regla. Esto se expresa grficamente con ayuda de los conjuntos difusos y sus funciones de pertenencia; donde se muestra que la parte sombreada es el momento en el que se activa la regla. Acontinuacion se muestran las intersecciones de los conjuntos difusos para determinar entre que funciones de activacion se activa las reglas.

Para una temeperatura = 25 C


43

Para una temeperatura = 17 C

El resultado tiene este aspecto al establecer las 25 reglas:

Se observa que con estas reglas la capacidad de controlar la velocidad de la posicin del ventilador se hace presente ya que se suaviza de manera considerable estabilizar el nivel dentro del intervalo establecido.

Al trmino de introducir los datos en el Matlab y se genera el siguiente diagrama en SIMULINK: De manera general:


44

1

Out1

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

>

Zero Firing Strength?0

Output MF

VOLTAJE

Total FiringStrength

Input MF

TEMPERATURA

Switch

Input MF

SETPOINT

Rule

Rule9

Rule

Rule8

Rule

Rule7

Rule

Rule6

Rule

Rule5

Rule

Rule4

Rule

Rule3

Rule

Rule24

Rule

Rule23

Rule

Rule22

Rule

Rule21

Rule

Rule20

Rule

Rule2

Rule

Rule19

Rule

Rule18

Rule

Rule17

Rule

Rule16

Rule

Rule15

Rule

Rule14

Rule

Rule13

Rule

Rule12

Rule

Rule11

Rule

Rule10

Rule

Rule1

-C-MidRange

Demux

COA

Defuzzification2

COA

Defuzzification1

Output MF

CORRIENTE

max

AggMethod2

max

AggMethod1

1In1

Fig. Controlador de Logica Difusa.

Combina varias seales de entrada en un vector.

El bloque de Mux combina sus entradas en una salida sola. Una entrada puede ser un escalar, vector, o la seal de la matriz. Dependiendo de sus entradas, la salida de un bloque de Mux es un vector o una seal compuesta.

El bloque de Interruptor pasa por la primera entrada (superior) o la tercera entrada (inferior) basada en el valor de la segunda entrada (media). Nombran entradas de datos a las primeras y terceras entradas. Nombran la entrada de control a la segunda entrada.

Swith que activara cada una de las reglas dependiendo que temperatura se requiera controlar.

Defuzzificacin.

Entradas del controlador

difuzo.

Salidas del controlador

difuzo.

Se muestran las 25 reglas a

controlar


45

DEFUZZIFICACION. La forma de defuzzificacin se realiza mediante el mtodo del centroide como se muestra en el siguiente bloque.

1

Xdata

x data


46

Observemos que la salidas de nuestro controlador ahora son las entradas de nuestra palnta en este caso son el voltaje y la corriente, mencionadas anteriormente.

SIMULACION Y RESULTADOS Para comprobar el funcionamiento de la reglas definidas se evaluaron para saber si realmente el control se lograba. Esto se mostrara a continuacion.

Evaluacion de la REGLA 5: Si el set point lo quiero situar en ambiente y tengo una temperatura alta, entonces el voltaje (velocidad del ventilador) ser muy pequeo y la corriente (resistencia del aire acondicionado) ser cero.

Fig. Para una temperatura de 23 cuando a la habitacin le entra 40 se activan los siguientes conjuntos difusos

Ahora se muestra la grafica correspondiente a dicha temperatura.

0 50 100 150 200 250 300 350 400

24

26

28

30

32

34

36

38

40

TIEMPO

TEM

PERA

TURA

TEMPERATURA A 23 C


47

Evaluacion de la REGLA 2: Si el set point lo quiero situar en frio y tengo una temperatura media, entonces el voltaje (velocidad del ventilador) ser muy pequeo y la corriente (resistencia del aire acondicionado) ser cero.

Fig. Para una temperatura de 15 cuando a la habitacin le entra 25 se activan los siguientes conjuntos difusos

Ahora se muestra la grafica correspondiente a dicha temperatura.

0 50 100 150 200 250 30015

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

TIEMPO

TEM

PERA

TURA

TEMPERATURA A 15 C


48

Como podemos ver nuestro sistema se encuentra controlado debido a que nos da un error mnimo y es as como el controlador se comporta de manera satisfactoria.

Visualizador de superficie:

Despus de que el algoritmo ha sido desarrollado, el visualizador de superficie permitir observar la relacin entre las variables de entrada y salida.


49

CAPITULO 4

ADQUISICION DE DATOS GENERACION Y EVALUACION DEL ENTORNO GRAFICO DE PROGRAMACION


50

La Adquisicin de Datos, consiste en la toma de muestras del mundo real (sistema analgico) para generar datos que puedan ser manipulados por un ordenador (sistema digital). Consiste, en tomar un conjunto de variables fsicas, convertirlas en tensiones elctricas y digitalizarlas de manera que se puedan procesar en una computadora o PAC. Se requiere una etapa de acondicionamiento, que adecua la seal a niveles compatibles con el elemento que hace la transformacin a seal digital. El elemento que hace dicha transformacin es el mdulo o tarjeta de Adquisicin de Datos (DAQ).

Para llevar a cabo un control eficaz sobre un determinado proceso, se hace necesario captar una serie de datos para, posteriormente, analizarlos, tratarlos, almacenarlos y llevar a cabo una presentacin clara y eficaz de la evolucin de dicho proceso. Generalmente, los datos o variables que se han de captar tienen un carcter analgico, mientras que su tratamiento, almacenamiento y anlisis son mucho ms eficaces cuando se hace digitalmente. Esto implica una serie de mdulos electrnicos que permitan llevar a cabo una transformacin de los datos desde el campo analgico al campo digital, sin que por ello se deban perder aspectos fundamentales para el proceso que se desea controlar.

Al conjunto de los diferentes mdulos electrnicos que permiten llevar a cabo la transformacin anterior se le denomina Sistema de Adquisicin de Datos (SAD), siendo su estructura general la mostrada en la figura siguiente.

Diagrama de bloques de un sad generico

Algunos de los elementos que forman el diagrama de bloques del SAD, han sido estudiados con profundidad en temas anteriores, aunque no est de ms ofrecer a continuacin un repaso a sus respectivas funciones.

- Sensores o transductores: Son los encargados de convertir la variable fsica a medir (temperatura, humedad, presin, etc.) en seal elctrica. Esta seal elctrica suele ser de muy bajo nivel, por lo que generalmente se requiere un acondicionamiento previo, consiguiendo as niveles de tensin/corriente adecuados para el resto de los mdulos del SAD.


51

- Multiplexor: Este mdulo o circuito se encarga de seleccionar la seal de entrada que va a ser tratada en cada momento. En el caso de que solamente deseramos tratar con una nica seal, este circuito no sera necesario.

- Amplificador de instrumentacin: La funcin de este bloque es amplificar la seal de entrada del SAD para que su margen dinmico se aproxime lo mximo posible al margen dinmico del conversor A/D (ADC) consiguindose de esta forma mxima resolucin. En SAD con varios canales de entrada, cada canal tendr un rango de entrada distinto, con lo que ser necesario que este amplificador sea de ganancia programable.

- S & H (Sample & Hold, Muestreo y Retencin): Este circuito es el encargado de tomar la muestra del canal seleccionado (sample) y mantenerla (hold) durante el tiempo que dura la conversin. Este circuito ser necesario siempre que la seal de entrada sufra variaciones apreciables durante el tiempo que dura la conversin. Si el ADC posee su propio circuito S & H, no ser necesario aadirlo a su entrada.

- ADC (Conversor A/D): Se encarga de realizar la conversin analgico/digital propiamente dicha, proporcionando un cdigo digital de salida que representa el valor de la muestra adquirida en cada momento. Es uno de los mdulos fundamentales en cualquier SAD y sus caractersticas pueden condicionar al resto de los mdulos/circuitos del sistema.

Hay varios tipos de sistemas de adquisicin de datos. Los data loggers son sistemas que operan de forma independiente, la nica funcin del ordenador es el volcado de los datos adquiridos. Las tarjetas DAQ no operan de forma independiente sino que necesitan un ordenador para gobernarlas, las hay interas que usan como interfaces mas habituales PCI, PXI o PCI Express y esternas como la USB o Rs 232.

Las capacidades comunes que suelen tener las DAQ son: Adquisicin de seales analgicas Generacin de seales analgicas Generacin y adquisicin de seales digitales Contadores y timers Triggers Autocalibracion, sensores, etc.

Caractersticas: Ocho canales de entrada analgica de 12 bits, 12 lneas DIO, 2 salidas analgicas, 1 contador Considere el NI USB-6210 y NI USB- 6211 para un mayor rendimiento Alimentacin de energa por el bus para mayor comodidad y portabilidad Obtenga los paquetes que tienen una tarjeta para aplicaciones OEM


52

Descripcin del hardware El modulo de adquisicin de datos multifuncional USB-6008 de National Instruments provee una adquisicin de datos confiable a un bajo precio. Con una conectividad USB plug-and-play, este mdulo es lo suficientemente simple para realizar mediciones rpidas pero lo suficientemente verstil para aplicaciones de medicin ms complejas.

Descripcin del software El modulo NI USB-6008 usa el software NI-DAQmx de alto rendimiento, el cual es un software multilectura para una configuracin interactiva y una adquisicin de datos en los sistemas operativos Windows. Para usuarios de Max OS X y Linux pueden descargar NI-DAQmx Bsico, el cual es un software con una interfaz de programacin del NI-DAQmx limitada.

Accesorios El modulo NI USB-6009 tiene terminales de tornillos removibles para una fcil conectividad de las seales. Para una flexibilidad extra, cuando se manejan configuraciones de cableado mltiple, NI ofrece un equipo de accesorios, el cual incluye dos paquetes de terminales de tornillos, etiquetas extra y un destornillador. Adems, los accesorios para prototipos USB-6009 ofrecen ms espacio para agregar ms circuitera a las entradas del NI USB-6009.

LABVIEW ENTORNO GRAFICO DE PROGRAMACION

LabVIEW es una herramienta grfica para pruebas, control y diseo mediante la programacin. El lenguaje que usa se llama lenguaje G, donde la G simboliza que es lenguaje Grfico.

Este programa fue creado por National Instruments (1976) para funcionar sobre mquinas MAC, sali al mercado por primera vez en 1986. Ahora est disponible para las plataformas Windows, UNIX, Mac y Linux y va por la versin 8.5 y 8.5.1 con soporte para Windows Vista.

Los programas desarrollados con LabVIEW se llaman Instrumentos Virtuales, o VIs, lo que da una idea de su uso en origen: el control de instrumentos. El lema de LabVIEW es: "La potencia est en el Software". Entre sus objetivos estn el reducir el tiempo de desarrollo de aplicaciones de todo tipo (no slo en mbitos de Pruebas, Control y Diseo) y el permitir la entrada a la informtica a programadores no expertos. Esto no significa que la empresa haga nicamente software, sino que busca combinar este software con todo tipo de hardware, tanto propio -tarjetas de adquisicin de datos, PAC, Visin, y otro Hardware- como de terceras empresas.


53

PRINCIPALES USOS Es usado principalmente por ingenieros y cientficos para tareas como:

Adquisicin de datos Control de instrumentos Automatizacin industrial o PAC (Controlador de Automatizacin Programable) Diseo de control: prototipaje rpido y hardware-en-el-ciclo (HIL) Diseo Embebido Domtica Control de procesos En 2008 el programa fue utilizado para controlar el C.E.R.N. el acelerador de partculas mas

grande construdo hasta la fecha.

PRINCIPALES CARACTERISTICA Su principal caracterstica es la facilidad de uso, vlido para programadores profesionales como para personas con pocos conocimientos en programacin pueden hacer (programas) relativamente complejos, imposibles para ellos de hacer con lenguajes tradicionales. Tambin es muy rpido hacer programas con LabVIEW y cualquier programador, por experimentado que sea, puede beneficiarse de l.

Los programas en LabView son llamados instrumentos virtuales ( VIs) Para los amantes de lo complejo, con LabVIEW pueden crearse programas de miles de VIs (equivalente a millones de pginas de cdigo texto) para aplicaciones complejas, programas de automatizaciones de decenas de miles de puntos de entradas/salidas, etc. Incluso existen buenas prcticas de programacin para optimizar el rendimiento y la calidad de la programacin. El labView 7.0 introduce un nuevo tipo de subVI llamado VIs Expreso ( Express VIS ). Estos son VIs interactivos que tienen una configuracin de caja de dilogo que permite al usuario personalizar la funcionalidad del VI Expreso.

El VIs estndard son VIs modulares y personalizables mediante cableado y funciones que son elementos fundamentales de operacin de LabView.

Presenta facilidades para el manejo de: Interfaces de comunicaciones: Puerto serie Puerto paralelo GPIB PXI VXI TCP/IP, UDP, DataSocket Irda Bluetooth USB OPC...


54

Capacidad de interactuar con otros lenguajes y aplicaciones: DLL: libreras de funciones .NET ActiveX MultiSim Matlab/Simulink AutoCAD, SolidWorks, etc Herramientas grficas y textuales para el procesado digital de seales. Visualizacin y manejo de grficas con datos dinmicos. Adquisicin y tratamiento de imgenes. Control de movimiento (combinado incluso con todo lo anterior). Tiempo Real estrictamente hablando. Programacin de FPGAs para control o validacin. Sincronizacin entre dispositivos.

PROGRAMA EN LABVIEW Como se ha dicho es una herramienta grfica de programacin, esto significa que los programas no se escriben, sino que se dibujan, facilitando su comprensin.

Un programa se divide en Panel Frontal y Diagrama de Bloques. El Panel Frontal es la interfaz con el usuario, en la cual se definen los controles e indicadores que se muestran en pantalla ( cmo el usuario interacciona con el VI. El Diagrama de Bloques es el programa propiamente dicho, donde se define su funcionalidad, aqu se colocan iconos que realizan una determinada funcin y se interconectan ( el cdigo que controla el programa --. Suele haber una tercera parte icono/conectorque son los medios utilizados para conectar un VI con otros VIs.--

La Figura muestra un Diagrama de Bloques de un programa en el que se genera un array de 100 elementos aleatorios, a continuacin se hace la FFT de este array y se muestra en una grfica:

Figura 1


55

DESARROLLO En este apartado se describe la forma en como analizamos y desarrollamos una posibilidad de lectura de temperatura con la ayuda de labview y la tarjeta de adquisicin de datos, se ex

Proyecto Prop1

Documents

Transcript of Proyecto Prop1