CAPITULO 1

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE MOLIENDA

1.1. Definición de molienda

Los procesos que se realizan en las factorías cerámicas son muy variados. Las operaciones preliminares dependen de la condición de las materias primas.

Se conoce que algunas materias primas se trituran, muelen, lavan, purifican y secan antes de su venta por la propia firma exploradora.

Cuando las materias primas son entregadas al fabricante en estado bruto estas son tratadas en dos métodos purificación y molienda.

Las materias primas no plásticas requieren trituración o desintegración seguida por molienda en seco o en húmedo hasta llegar a diversos grados de finura. Los materiales individuales precisan de diferentes maquinas para esto, conforme a su tamaño de grano, dureza y tipo de fractura.

Las materias primas plásticas se tratan en cualquiera de los estados seco, plástico o húmedo. La preparación seca puede llevar consigo secado, trituración, molienda y separación con aire. La preparación plástica puede incluir también trituración o desintegración seguidas por amasado y mezclado.

Cuando se habla de la molturación de sólidos, se entiende toda una serie de operaciones que pretenden la reducción de las dimensiones del material que van desde la premolturacion hasta una pulverización.

Pero la molturación no tiene por objeto la simple obtención de pequeñas partículas de tamaño menos grueso que el original, sino producir un material con un determinado diámetro medio de partículas y una distribución granulométrica adecuada para el producto que se desea obtener.

La preparación de molienda en húmedo es utilizada únicamente para pastas cerámicas de alta calidad la cual se pasa por filtro - prensas las mismas que eliminan el exceso de agua de moliendo quedando una pasta cerámica con la plasticidad adecuada para la fabricación de platos por medio de tornos, para el proceso de la fabricación de platos cerámicos prensados la pasta pasa por atomizadores con la finalidad de pulverizar la pasta cerámica en un cilindro con terminación cónica en el cual se introducido calor para obtener la pasta cerámica pulverizada y seca o la fabricación de barbotina con una humedad inferior para la fabricación de piezas coladas a través del sistema de colado.

1.2. Tipos de Molienda

La molturación de las materias primas que componen la pasta cerámica se realiza por dos medios:

• tecnología por vía seca

• tecnología por vía húmeda

La tecnología por vía seca se utiliza cuando se dispone de materias

primas extremadamente puras o cuando se desea producir materiales de una calidad no muy elevada o preparación de bizcocho en general.

La tecnología por vía húmeda viene caracterizada por una reducción muy rápida de los materiales componentes de la mezcla y por una mejor homogenización. Con la molturación en húmedo la materia primas se dispersa dé modo que permiten una posterior reducción de las partículas naturales.

1.3. Tipos de Molinos

Existen diferentes métodos para la molturación de materias primas de la composición cerámica. Los métodos más utilizados son los siguientes: .

Molinos de Bolas

Molinos a Martillos

Quebrantador de Mandíbulas

1.4. Selección del Molino

La forma de la partícula, la granulometría, y ciertas propiedades químicas de los materiales molidos dependen del tipo de molienda, produciendo la molienda por cargas de la cantidad máxima de material muy fino para un tamaño de partícula máximo dado. La molienda en circuito abierto en molinos de tubos produce una gran cantidad de finos. La molienda en circuito cerrado puede proporcionar un producto de tamaño bastante uniforme: La molienda húmeda y la seca, respectivamente, pueden producir partículas de formas diferentes, y la molienda húmeda puede por otra parte alterar la naturaleza química del producto, por ejemplo del feldespato, en cuyo caso se disuelve una parte del álcali, o del pedernal, que eventualmente puede combinarse con el agua para formar un gel de sílice.

Al cambiar de un sistema de molienda a otro es importante tener en cuenta las formas de partícula y la granulometría, pues mezclas del mismo tamaño máximo pero granulometría diferente dan resultados totalmente distintos cuando se utiliza una pasta cerámica. Los métodos de molienda tradicionales no proporcionan necesariamente las mezclas de tamaño de grano óptimo, pero cualquier cambio debe experimentarse bien antes de aplicarlo a la producción en gran escala. Los fabricantes de cerámica especifican frecuentemente que sus cuerpos moledores beben molerse en la plataforma húmeda de silex negro. Tal molienda puede hacerse mucho más económica en molinos de tubo o de guijarro. Mediante investigaciones relativas a la distribución óptima de tamaños de partícula puede comprobarse que de este modo se consigue un producto mejor.

1.5. Molturación con molinos de bolas

Se ha visto anteriormente que la molturación en húmedo tiene por objeto, además de reducir las dimensiones en partículas micronizadas de las partículas que forman la pasta, la perfecta homogenización y dispersión en toda la barbotina de los diferentes componentes.

Lo más frecuente es que las pastas cerámicas estén formadas por muchos componentes añadidos con el fin de adaptar las características de la arcilla al proceso tecnológico más racional y moderno para la obtención del producto cerámico requerido.

Para la molturación en húmedo se utiliza generalmente el molino Alsing, (foto 1)la molturación con este tipo de molino es discontinua, tiene el siguiente ciclo de trabajo que se divide en tres etapas:

Etapa descripción ciclo

1º Carga de materia prima, agua y fluidificantes

2º Molturación propiamente dicha

3º Descarga de la barbotina obtenida

Foto 1

MOLINO DE BOLAS

1.6. Teoría de la molturación en húmedo

Existen varias teorías de la molturación que tienden a considerar el funcionamiento de las maquinas mediante leyes expresadas en formulas matemáticas; las más importantes son la ley de Kick y sobre todo la de Rittinger.

La ley de Kick

El trabajo realizado para molturar una cierta cantidad de material es constante a la igualdad de la relación de disminución de las dimensiones, independientemente de la dimensión original

E = C log ( D / d )

Donde E = trabajo realizado

C = constante que depende del tipo de material

D = dimensión media de la partícula antes de la molturación

.d = dimensión media de la partícula después de la molturación

Esto significa que la cantidad de energía consumida para desmenuzar un cierto peso de material, por ejemplo una pieza de 1 cm a ½ cm es igual a la energía necesaria para desmenuzar una pieza de ½ cm a ¼ cm y así sucesivamente.

La ley de Rittinger

Se basa sobre todo en la hipótesis de que el trabajo de rotura para reducir las dimensiones de las partículas sea proporcional a la nueva partícula producida.

La regla se puede expresar con la siguiente formula:

E = K1 ( 1/d - 1/D )

Donde E = trabajo realizado

K1 = constante que depende de la forma de la partícula y del trabajo por unidad de superficie.

.d = lado medio de la partícula del material después de la Molturación.

D = lado medio de la partícula del material antes de la molturación

En otras palabras, la cantidad de energía consumida para desmenuzar una cierta cantidad de material depende todavía de las dimensiones iniciales y finales del producto molturado.

Sin embargo, debemos observar que en la práctica la energía que se debe transmitir a la maquina para obtener las dimensiones adecuadas es siempre superior al valor calculado con las reglas anteriores y esto es por el hecho de que el trabajo total exigido comprende:

Trabajo para vencer la cohesión entre las partículas componentes del pedazo a fracturar.

El trabajo de deformación ( deformación plástica y elástica).

El trabajo de absorbido por fricción entre los órganos molturtantes.

El trabajo absorbido por las vibraciones.

El trabajo dispersado en calor.

1.7. Cuerpos moledores

La rotación del molino no solamente provoca una rotación completa de la cáscara sino que provoca una serie de rotaciones de los cuerpos moledores (foto 2) sobre ellos mismos.

Estas rotaciones son particularmente eficaces al finalizar la molturación si los cuerpos moledores son bolas esféricas o cilíndricas.

Mucho menos eficaces son al contrario los cantos de sílice dado por su forma irregular no les permite una rotación continua y uniforme.

La característica más importante de los cuerpos moledores es el peso específico ( dado normalmente como densidad ) que permite clasificarlos en:

Cuerpos de baja densidad ( peso especifico = 2.4 - 2.5 gr/cm³, por ejemplo porcelana normal o sílice ).

Cuerpos de media densidad ( peso especifico = 2.6 - 2.7 gr/cm³, por ejemplo esteatita, porcelana de alto contenido en alumina o similar).

Cuerpos de alta densidad ( peso especifico = 3.4 - 3.5 gr/cm³ por ejemplo alumina sinterizada, alubit ).

A más alto peso específico mayor será, para cuerpos moledores de igual volumen, la energía cinética de este componente durante la rotación, lo que significa mayor acción moledora. Además durante la molienda él líquido, por efecto del empuje hidrostático, la fuerza de gravedad es proporcional a la diferencia Pc - Ps entre el peso específico de los cuerpos y el peso especifico del producto. Cuando mayor sea la diferencia mayor será la acción moledora.

Foto 2

1.8. Revestimiento del Molino

En una fábrica de cerámica orientada hacia la obtención de un producto selecto y blanco no puede tolerarse la contaminación por hierro durante la molienda, por lo tanto los molinos deben revestirse con materiales no férreos. Se emplean rocas naturales blancas duras como el silex belga, cuarcita, sílice de adamanto jaspeada y granito (foto 3), así como los productos cerámicos, porcelana y gres. Están empleándose cada vez más los revestimientos de caucho, que son, mucho más resistentes a la abrasión y mucho más silenciosos. Las camisas fabricadas presentan la ventaja de tener composición y dureza uniformes conocidas, y de fabricarse en tamaños exactos, por lo que pueden emplearse juntas estrechas. Las camisas de piedra y de porcelana se ajustan con cemento Pórtland blanco.

A medida que estos materiales se desgastan durante el servicio solo contaminan el producto con materiales que normalmente están incluidos en la pasta cerámica.

Foto 3

1.9. Carga del producto

Existen seis factores que afectan el funcionamiento eficiente de los molinos de bolas.

Velocidad del molino

El molino debe girar a una velocidad a la cual el medio moledor se eleve por la pared lo máximo para rodar de nuevo hacia abajo sobre sí mismo, pero no tanto que tienda a ser transportado mas allá del nivel de la masa general y caiga después ya que si el medio moledor puede caer y por lo tanto comienza a desintegrar por impacto el material del cuerpo moledor se gastara mas rápidamente y contaminara el producto a ser molido.

Cantidad de bolas

La carga de cuerpos moledores debe ser al menos el 45% del volumen del molino y no exceder del 55 %

Tamaño de las bolas

Es la superficie de las bolas o guijarros son las que efectúan la molienda por sus contactos entre sí por lo tanto la distribución inicial de cuerpos moledores es 33% cuerpos moledores grandes ( 3.5 pulg. ) 33% cuerpos moledores medianos ( 2.5 pulg. ) 33% cuerpos moledores pequeños ( 1.5 pulg. ).

Cantidad de material

Teóricamente el uso más eficiente de los cuerpos moledores se hace cuando todos los huecos están llenos con el material a moler, y las bolas están justamente cubiertas con él .

Los espacios huecos ascienden generalmente al 40% del volumen de las bolas.

Con arreglo a la experiencia de los autores, cuando se muele material plástico para una pasta cerámica son preferibles cantidades ligeramente inferiores a estas, esto es, aproximadamente un 20% en volumen con 55% de guijarros o cuerpos moledores.

Consistencia del material en el caso de molienda en húmedo

La consistencia de la mezcla para la molienda húmeda afecta a los resultados. Una mezcla de pasta viscosa hace que los cuerpos moledores se peguen unos a otros, provocando que no hagan contacto entre si. Una suspensión muy fluida puede ocasionar resbalamiento de tal modo que haya que emplearse mayores velocidades de molienda para transportar los cuerpos moledores a una altura suficiente.

Tamaño de la partícula inicial

Si la alimentación es excesivamente gruesa desgastara los cuerpos moledores y el molino innecesariamente. Una alimentación fina conduce a una molienda eficiente y a la obtención de productos uniformes y no contaminados.

Para la carga del producto a introducir en el molino no hay reglas generales, hay mas bien una indicación para la máxima carga. El producto a molturar ( ya sea en líquido o seco ) debe ser al menos el necesario para cubrir completamente las bolas o cuerpos moledores. A una cantidad menor bebemos moler a un tiempo mucho más pequeño con peligro de sobrecalentamiento. El limite inferior de la carga del es por consiguiente el valor del volumen de los vacíos que hay entre las bolas, por ejemplo, una carga de bolas del 50 % del volumen del molino el producto deberá tener al menos el 20 % del volumen del molino ósea (20/100)*1000 = 200 lts/m³

Es aconsejable tener un cierto exceso de producto de modo que haga de almohada de las bolas que caen en cascada. Naturalmente al a ver mas exceso de producto mas tiempo se necesita para moler.

CAPITULO 2

MICROCONTROLADORES PIC DE MICROCHIP

2.1. Introducción a los Microcontroladores.

En 1971 aparece en el mercado el primer microprocesador (µP) que supuso un cambio decisivo en las técnicas de instrumentación y control. Un microprocesador es un chip programable, que integra pocos recursos de hardware; básicamente los relacionados con el procesamiento de información (CPU1) y con el trabajo aritmético (ALU2). Para completar el desempeño de los microprocesadores aparecieron un conjunto de chips periféricos, tales como puertos de entrada, salida, memoria, temporizadores; entre otros. Tales periféricos formaron parte de una familia de chips discretos con los que el µP debía comunicarse empleando básicamente tres tipos de buses3: bus de datos, bus de direcciones y bus de control.

En el año 1976, gracias al aumento de la capacidad de integración aparece el primer microcontrolador (µC). La diferencia fundamental de un µC con un µP es que el Microcontrolador integra la mayor cantidad de recursos en un solo chip y se comunica con el exterior solamente a través de líneas de entrada / salida o líneas de puerto.

En la actualidad la solución de la mayoría de los proyectos electrónicos es pensada en primera instancia utilizando microcontroladores. Tal es el desarrollo alcanzado por las tecnologías de microcontroladores actuales que el papel de los µP ha sido relegado a la fabricación de PCs o a proyectos de gran escala.

Algunas razones que justifican la elección de un microcontrolador son las siguientes:

- Bajo costo, puesto que integra muchos de los recursos que en µP aparecen de forma discreta y se miniaturizan los diseños, lo que supone abaratar costos de fabricación.

-Fiabilidad. Un µC integra la mayor parte de los recursos, por lo que se minimizan las interconexiones en la tarjeta de circuito impreso lográndose así un diseño más fiable.

- Ahorro de tiempo en el desarrollo de los diseños.

1 CPU son las siglas de: Central Processing Unit.

2 ALU son las siglas de: Aritmetic Logic Unit.

3 BUS: se asocia el término a un conjunto de líneas que permiten la comunicación en sistemas digitales.

2.2. Características de las líneas de entrada / salida (puertos) en los

Microcontroladores Microchip.

Como ya se había señalado, un microcontrolador se comunica con el entorno solamente a través de líneas de entrada / salida o puertos que vienen integrados al chip. En este sentido, para realizar la conexión de cualquier dispositivo periférico es imprescindible conocer las características relevantes de los puertos de la tecnología que se trabaje.

Las características ventajosas de las líneas de puerto en los PICS, también han determinado en gran medida la enorme tasa de acogida entre los diseñadores electrónicos. Dentro de las características generales más sobresalientes pudieran citarse las siguientes:

1) Pueden manejar hasta 25 mA de corriente, tanto como fuente o sumidero, esto hace que sean capaces de manejar LEDs sin necesidad de Buffers.

2) Son configurables individualmente como salidas ó entradas, mediante registros denominados “TRIS”. Existe un registro TRIS para cada puerto. Cada

bit del cada registro está asociado al pin físico del puerto en cuestión. Al escribir un UNO en un bit de un TRIS queda programado el pin correspondiente como una entrada y al escribir un CERO queda programado como salida. Los pines vienen programados por defecto como entradas.

3) Muchas de ellas están multiplexadas para realizar una de varias funciones: por ejemplo: una misma línea pudiera ser configurada como entrada ó salida digital ó como una entrada analógica.

Al igual que otros periféricos, los puertos en los PICS tratan de mantener las mismas características constructivas al migrar de un dispositivo a otro, esto facilita el aprendizaje de la tecnología.

4) Todas las líneas tienen protección contra ESD (Electrostatic Discharge) y en el caso particular de las líneas de puerto tipo “B”, existen resistencias de “PULL UP”4 internas, habilitables o no por SW (Software), limpiando el bit 7 de un registro (registro“OPTION”) que se trata en la sección: “Timers integrados a los PICs de la Familia Media”.

5) Las resistencias de “pull up” son resistores conectados a la fuente. Su función es mantener un nivel estable de UNO cuando la línea se programa como entrada y queda desconectada

2.3. Descripción de los Puertos integrados a la serie 87X.

En la figura 1 se puede apreciar un “pin out” del microcontrolador que se trabajará

FIG 1

Figura 1. Pin out característico de la serie 87x.

Todas las líneas del chip son líneas de puerto de propósito general excepto las que se resumen en la tabla 1 :

Tabla 1. Pines con funciones especiales.

Nombre del pin Número del pin Función

(*)MCLR 1 Pin para generar un RESET externo.

OSC1 13 Pin para conexión del oscilador externo.

OSC2 14 Pin para conexión del oscilador externo.

VSS Pin de referencia.

Generalmente tierra.

VDD Pin de Alimentación.

Generalmente + 5V

Puerto A:

Es un puerto de entrada / salida de 6 pines (ra0 ... ra5) cuyas líneas pueden ser configuradas como entrada(s) / salida(s) digital(es) ó entrada(s) analógica(s); excepto el pin ra4, que es la entrada digital de conteo del timer08 cuando este es programado como contador de eventos. Los pines del puerto A se enumeran en el chip desde el pin 1 hasta el pin 6.

5 Refiérase a la sección “Reset”.

6 Refiérase a la sección “Osciladores”.

7 Refiérase a la sección “Osciladores”.

8 Refiérase a la sección “Timers ...”

Puerto B:

Es un puerto de entrada / salida digital de 8 bits, con pull up. El pull up se puede activar limpiando el bit 7 del registro OPTION_REG. El registro OPTION_REG es la localización 0x81 del banco1 de la Memoria RAM.

Puerto C:

Es un puerto de entrada / salida digital de 8 bits que multiplexa algunas funciones para sus líneas. Las líneas multiplexadas interesantes para este curso son:

- Rc2: puede ser un pin de entrada / salida digital o la salida de una onda de PWM generada a partir de un recurso de HW denominado módulo CCP.

- Rc6 y Rc7: pueden ser pines de entrada / salida digitales o los pines de comunicación para el USART Tx y Rx respectivamente. Como los niveles de salida en estos pines son CMOS (0 => 5V), es necesario conectarlos a un chip

que convierta niveles TTL/CMOS a RS232

Puerto D:

Es un puerto de entrada / salida digital de 8 bits, que multiplexa funciones con el periférico denominado Puerto Paralelo Esclavo (PSP). El PSP no es objetivo de este curso.

Puerto E:

Es un puerto de entrada / salida de 3 pines (re0, re1 y re2) cuyas líneas pueden ser configuradas como entrada(s) / salida(s) digital(es) ó entrada(s) analógica(s).

2.4. Circuito oscilador.

Debe conectarse entre los pines OSC1 y OSC2 un cristal de la manera que se muestra en la figura 2. La conexión externa del cristal con dos condensadores conectados a tierra forma un oscilador con el inversor integrado al pic y conectado entre los pines OSC1 y OSC2.

FIG 2

Figura 2. Configuración típica para el oscilador principal en los PICs de la familia media.

Los osciladores que puede utilizar esta familia se subdividen en las siguientes categorías:

HS. Oscilador a cristal cuya frecuencia es típicamente mayor a 8 Mhz.

XT. Oscilador a cristal cuya frecuencia es típicamente menor a 8 Mhz.

LP. Oscilador basado en resonador cerámico o cuarzo de baja potencia, cuya

frecuencia está en el orden de los KHz.

RC. Este tipo de oscilador permite conectar, en lugar del tradicional cristal una

resistencia y un condensador externo al pin OSC1, para formar junto a la

circuitería integrada un oscilador de baja frecuencia muy económico pero

también muy impreciso.

2.5. Circuito de RESET externo.

Generar un RESET al PIC significa cargar el Contador de Programas (PC) con el valor 0000h. Esto provoca que se ejecute la primera instrucción de cualquier aplicación, que es denominada “Vector de RESET”. Para generar un RESET externo es necesario llevar a cero durante un determinado tiempo el pin 1 del chip (etiquetado como (*)MCLR). La figura 3 muestra la circuitería necesaria para generar un pequeño pulso (activo en bajo) en el pin (*) MCLR.

FIG 4

Figura 3. Circuito de RESET externo.

El pin (*)MCLR se mantendrá en un nivel bajo durante el

tiempo de carga del capacitor C3.

2.6. Conexión de periféricos fundamentales a un microcontrolador.

Los leds pueden conectarse directamente utilizando una resistencia limitadora para la corriente. Para activar un led es necesario que el pin al cual se conecta sea programado como salida, escribiendo un cero en el bit del registro TRIS correspondiente. Existen 3 modalidades de conexión:

- El led se activa con 1 en el pin (figura 4a):

FIG 4a

Figura 4a. Activaión de un led con un “1” lógico.

- El led se activa con 0 en el pin (figura 4b):

FIG 4b

Figura 4b. Activaión de un led con un “1” lógico.

- Conexión de dos leds a un mismo pin, uno activo con 0 y otro con 1 (figura

4c):

FIG 4c

Figura 4c. Activaión de dos leds con un mismo pin de puerto. El led1 se activa con “0” y el led2 se activa con “1”.

En todos los casos anteriores la resistencia R puede calcularse suponiendo una corriente de activación para el led (I) de alrededor de 10 mA y un voltaje de activación para el led de unos 2V. Bajo estas suposiciones:

R = (Vcc - 2V) / 10 mA.

Si se aproxima el Voltaje de “1” al valor de la fuente (Vcc).

Para Vcc = 5V se tiene que:

R = 300W.

Displays de 7 segmentos de leds.

Un display de 7 segmentos es un arreglo de leds dispuesto como se muestra en la figura 5. Los segmentos se codifican en sentido horario empleando las letras a, b hasta la g y PD (L y/o R) si los displays contienen punto decimal.

Cada display posee un terminal común (COM) que sirve para activar o desactivar el display.

FIG 5

Figura 5. Esquema estándar para un Display de 7 segmentos.

Existen dos tecnologías de displays: cátodo común y ánodo común. En el primer caso todos los leds son activos con uno y el común es activo en cero. En el segundo los leds se activan con cero y el común con un uno.

Dada la cantidad de corriente que circula por un común es necesario bufferear las líneas de puerto que activan los comunes empleando un transistor (PNP o NPN) dependiendo de la tecnología tal y como se muestra en la figura 6.

FIG 6

Figura 6. Esquema de activación para el común de un display de 7 segmentos de tecnología cátodo común.

Tradicionalmente los displays de 7 segmentos de leds eran tratados de forma independiente, utilizando 8 líneas de datos para encender cada led de cada uno.

La conexión individual de displays resulta muy engorrosa dada la cantidad de líneas que se involucran.

El empleo de un µC permite implementar el manejo de displays de 7 segmentos multiplexado. El manejo multiplexado supone que se utiliza un único bus de datos (en nuestro caso el puertoD) para enviar el dato en código 7 segmento a los displays. Desde el punto de vista del hardware esto significa que los segmentos de los N displays involucrados se conectan en paralelo. Cada segmento (led) debe conectarse a través de una resistencia limitadora (de unos 220 W). Adicionalmente se necesitan líneas para manejar de manera individual los comunes de cada display.

El método multiplexado enciende en cada momento el display cuyo dato ha sido enviado al bus (puerto D). La secuencia de encendido se realiza a una frecuencia lo suficientemente alta como para provocar la sensación de persistencia de los datos.

2.7. Teclas (“Push Buttom”).

Las líneas que se utilicen para conectar teclas deben programarse como entradas, puesto que las teclas son periféricos de entrada al µC.

Para conectar teclas resulta excelente el puerto B puesto que posee resistencias de pull ups internas como ya se había señalado. En la figura 7 se muestra la conexión directa de pulsantes a través de una resistencia de 220W. Las teclas entregan en este caso un nivel bajo cuando son pulsadas y un nivel alto cuando están en estado abierto.

FIG 7

Figura 7. Esquema general de conexión de un pulsante tipo “push buttom”.

La resistencia de 220W se coloca para proteger la línea de puerto contra

cortocircuitos a tierra ante una situación indeseada como la siguiente:

Suponga que por error ud. programa los pines del puerto B como salidas (registro TRISB = 00000000) y además escribe un “1” en la línea a la cual conectada una tecla. Si la resistencia no estuviera presente, al pulsar la tecla se conectaría a tierra la línea de puerto que en ese momento está aun voltaje alto, por lo que pudiera circular una corriente por ella lo suficientemente alta como para producir daños.

A pesar de la existencia de la resistencia limitadora de 220W, el nivel de “0” no se afecta.

2.8. Sensores inductivos

FIG 8

Los sensores inductivos de proximidad han sido diseñados para trabajar generando un campo magnético y detectando las pérdidas de corriente de dicho campo generadas al introducirse en él los objetos de detección férricos y no férricos. El sensor consiste en una bobina con núcleo de ferrita, un oscilador, un sensor del nivel de disparo de la señal y un circuito de salida. Al introducir un objeto metálico en el campo, se inducen corrientes de histéresis en el objeto.

Debido a ello hay una pérdida de energía y una menor amplitud de oscilación. El circuito sensor reconoce entonces un cambio específico de amplitud y genera una señal que conmuta la salida de estado sólido a la posición “ON” (Encendido) y “OFF” (Apagado).

La cara activa de un sensor de proximidad inductivo es la superficie por la que emerge el campo electromagnético de alta frecuencia.

Una diana estándar es un cuadrado de acero, de 1 mm de grosor, con longitud lateral igual al diámetro de la cara activa ó 3X la distancia de conmutación nominal, el que sea mayor de los dos.

Factores de corrección del objetivo para sensores inductivos de proximidad

Para determinar la distancia de detección para otros materiales diferentes al acero templado se utilizan factores de corrección. La composición del objeto a detectar influye en gran medida en la distancia de detección de los sensores de proximidad inductivos.

Si se utiliza un objeto construido a base de alguno de los materiales que a continuación se listan, multiplique la distancia nominal de detección por el factor de corrección listado para determinar la distancia nominal de detección real de dicho objeto. Tenga en cuenta que los sensores específicos de materiales férricos no detectarán hojalata (zinc + cobre), aluminio o cobre, mientras que los sensores específicos de materiales no férricos no detectarán acero ni aleaciones férricas inoxidables.

Los factores de corrección de la citada lista pueden utilizarse como guía general. Los materiales comunes y su factor de corrección específico aparecen listados en cada página de especificación del producto

(Rango de sensibilidad nominal) x (Factor de corrección) = Rango de detección.

Factores de corrección

Material específico

Factor de corrección aproximado

Acero templado 1.0

Acero inoxidable 0.85

Latón 0.50

Aluminio 0.45

Cobre 0.40

El tamaño y aspecto de los objetos a detectar también puede afectar a la distancia de detección. Los puntos que a continuación se exponen deben utilizarse como orientación general a la hora de hacer correcciones por tamaño o forma de un objeto:

Los objetos planos son más deseables

Las formas redondeadas pueden reducir la distancia de detección

Los materiales no férricos reducen por lo general la distancia de detección en el caso de sensores para cuerpos metálicos en general

Los objetos de menor tamaño que la superficie de detección reducen usualmente la distancia de detección

Los objetos mayores que la superficie de detección pueden incrementar la distancia de detección

Los cuerpos laminares pueden incrementar la distancia de detección

Histéresis (recorrido diferencial)

La diferencia entre los puntos de activación y relajación de un sensor se denomina histéresis o recorrido diferencial de éste. La distancia entre la posición de un objeto cuando se detecta y la posición del mismo cuando deja de estarlo ha de tenerse en cuenta al elegir la posición, tanto de los objetos a detectar como del sensor.

La histéresis es necesaria para evitar fenómenos de rebote u oscilación (conmutación rápida entre estados) cuando el sensor se halla sometido a choques o vibraciones o cuando el objeto a detectar se halla estacionario a la distancia nominal de detección (foto 4).

La amplitud de las vibraciones ha de ser menor que el recorrido de histéresis (banda de histéresis) para evitar fenómenos de rebote.

Histéresis

Dirección del movimiento

Interruptor de proximidad

Punto de conmutación al alejarse

Punto de conmutación al acercarse

Distancia de operación

Foto 4

CAPITULO 3

DISEÑO, PROGRAMACIÓN Y CONSTRUCCIÓN DEL MEDIDOR DE RPM

3.1. Diseño tarjeta principal (fig 9)

FIG 9

3.2. Diagrama de flujo

3.3. Programa a cargarse

__config 3939

List p=16F877 ;Tipo de procesador

include"P16F877.INC" ;Definiciones de registros internos

contador equ 0x0c ;Variable del contador

l0 equ 0x20

l1 equ 0x21

l2 equ 0x22

l3 equ 0x23

nlamp equ 0x24

wtemp equ 0x25

stat_temp equ 0x26

N equ 0x2d

M equ 0x2e

cont1 equ 0x29

cont2 equ 0x2a

cont3 equ 0x2b

fsr_temp equ 0x0d

org 0 ;Vector de Reset

goto inicio

org 4

goto IT

;*******************************************************

;BLOQUE DE SUBRUTINAS

;*******************************************************

codact addwf PCL,1

retlw b'00010000'

retlw b'00001000'

retlw b'00000100'

retlw b'00000010'

cod_ss addwf PCL,1 ;Desplazamiento sobre la tabla

retlw 0x3f ;"0"

retlw 6 ;"1"

retlw 0x5b ;"2"

retlw 0x4f ;"3"

retlw 0x66 ;"4"

retlw 0x6d ;"5"

retlw 0x7c ;"6"

retlw 7 ;"7"

retlw 0x7f ;"8"

retlw 0x67 ;"9"

;subrutina de DEMORA paramétrica

;antes de utilizarla deben cargarse los valores de N y M.

demora ;return

movf N,w

movwf cont1

movwf cont2

movf M,w

movwf cont3

loop decfsz cont1

goto loop

movf N,w

movwf cont1

decfsz cont2

goto loop

movf N,w

movwf cont2

decfsz cont3

goto loop

;fin del proceso, inicia contadores

return

;****************************************************************

;subrutina de conteo

cuenta_up incf l3

movf l3,w

sublw d'10'

btfss 3,2

return ;no incrementar el de al lado

;llego a 10

clrf l3

;procesa l3

incf l2

movf l2,w

sublw d'10'

btfss 3,2

return ;no incrementar el de al lado

;llego a 10

clrf l2

;procesa l2

incf l1

movf l1,w

sublw d'10'

btfss 3,2

return ;no incrementar el de al lado

;llego a 10

clrf l1

;proceso l1

incf l0

movf l0,w

sublw d'10'

btfss 3,2

return ;no incrementar el de al lado

;llego a 10

clrf l0

return

;****************************************************************

;subrutina de conteo

cuenta_dwn bsf 7,3

movf l3,w

btfss 3,2

goto dec_l3

movlw 9

movwf l3

movf l2,w

btfss 3,2

goto dec_l2

movlw 9

movwf l2

movf l1,w

btfss 3,2

goto dec_l1

movlw 9

movwf l1

movf l0,w

btfss 3,2

goto dec_l0

goto off

dec_l3 decf l3

return

dec_l2 decf l2

return

dec_l1 decf l1

return

dec_l0 decf l0

return

off ;0000

bcf 7,3

return

;****************************************************************

IT

;respaldo de registros.

movwf wtemp ;respaldo ac.

swapf 3,w

movwf stat_temp

movf 4,0

movwf fsr_temp ;respaldo el FSR

;encuesta de banderas.

btfss 0x0b,2 ;T0IF =? 0

goto back ;regresa, la IT fue errada

;****************************************************************;La interrupción es válida y corresponde al timer 0. Comienza entonces el ;proceso de refrescamiento de las lámparas.

movlw 0x20

movwf FSR

movlw 0xff

movwf 5 ;apaga lamps (ánodo común).

;****************************************************************

;enciende la lámpara que en ese momento debe refrescarse.

movf nlamp,w

call codact ;busca cod de activación

movwf PORTA ;enc lamp correspondiente

;comf PORTA ;quitar en CASO DE CÁT COMÚN

;****************************************************************;Después de encendida la lámpara que debe refrescarse se busca el dato a ;visualizar

movf nlamp,w

addwf FSR,f ;FSR = FSR + nlamp

movf INDF,w ;mueve el contenido de la dirección a la que ;"apunta" el FSR al reg. W.

;****************************************************************

call cod_ss ;llama a la tabla que decodifica de BCD a 7 ;:segmentos. El dato que está en

;l0, l1, l2 y l3 (en BCD) sirve de índice para la ;tabla. El dato sale de la tabla en 7 segmentos.

;****************************************************************

movwf PORTD ;dato en 7 segm al puerto D (Bus de Datos)

;comf PORTD ;quitar en CASO DE CÁT COMÚN

;****************************************************************

;prepara para la próxima vez que se corra esta subrutina.

;La subrutina se corre cada 1ms para refrescar una lámpara.

movf nlamp,w

sublw 3

btfsc 3,2 ;¿Es la última lámpara?

goto last ;Sí, es la última lampara

;no es la última lampara

incf nlamp ;nlamp = nlamp + 1

goto back ;regresa de la subrutina de interrupción.

last clrf nlamp ;comienza nuevamente desde la primera lámpara.

;****************************************************************

;este es el bloque de salida de la subrutina de atención a interrupción primero ;deben devolverse los registros respaldados a su origen (Ej: fsr_temp => FSR)

back movf fsr_temp,w

movwf FSR ;restituye FSR

swapf stat_temp,w

movwf STATUS ;restituye STATUS

swapf wtemp,f

swapf wtemp,w ;restituye W sin afectar las banderas del STATUS.

;la instrucción "swapf f ", no afecta el contenido del STATUS

bcf INTCON,2 ;limpia la bandera del timer0

retfie ;retorno de la subrutina.

;programa principal

inicio

;****************************************************************

;CONFIGURA LOS REGISTROS DE CONTROL.

;****************************************************************

clrf PORTD ;Borra los latch de salida

;limpia buffers

clrf l0

clrf l1

clrf l2

clrf l3

bsf 7,3

bsf 3,5 ;Selecciona banco 1

clrf TRISD ;Puerta D se configura como salida

clrf TRISA ;Puerto A se configura como salida

movlw b'00011111'

movwf TRISB ;Puerta B se configura como entrada

bcf 7,3 ;rc3 salida

movlw 7

movwf ADCON1

bcf 3,5 ;Selecciona banco 0

clrf contador ;Puesta a 0 del contador

movlw b'00011111'

movwf PORTA

;inicia parámetros relativos a lamparas

movlw 0x20

movwf 4 ;inicia puntero de la RAM (FSR)

clrf nlamp ;inicia el contador de lámparas (nlamp) en la ;primera (l0)

bsf 3,5

;**********************************************************

;definición de parámetros para el tmr0

;pull ups habilitado.

movlw 3 ;00000011, prescaler k = 3

movwf OPTION_REG

;********************************************************** ;habilitación de la interrupción del tmr0 y las interrupciones globales ;(GIE = 1, T0IE = 1).

movlw b'10100000' ;10100000

movwf 0x0b ;int del tmr0 habilitada

bcf 3,5 ;banco 0

clrf TMR0

;carga valores de N y M para garantizar la demora deseada.

;pudiera construirse una demora múltiplo de segs para fabricar

;cronómetro.

movlw d'128'

movwf M

movlw d'36'

movwf N

; Lazo principal

again btfss 6,0

goto up

;rbo = 1, cuenta hacia abajo

btfsc 6,1

goto again

;contar

movf l3,w

btfss 3,2

goto count

movf l2,w

btfss 3,2

goto count

movf l1,w

btfss 3,2

goto count

movf l0,w

btfss 3,2

goto count

bcf 7,3

goto again

count call cuenta_dwn

call demora ;Elimina rebotes

goto again

up btfsc 6,1

goto again

;contar

call cuenta_up

call demora ;Elimina rebotes

goto again

end ;Fin del programa fuente

3.4. Descripción Funcionamiento Tarjeta Principal

A continuación se indica el destino de cada puerto del microcontrolador y su función.

El Puerto D esta destinado a la operación de los segmentos de los displays, los mismos que indica el número de revolución realizada.

El Puerto A esta destinado a la operación de encendido de los displays, los mismos que facilitan la visualización del valor contado

El Puerto B esta destinado para la selección de conteo ascendente o descendente en función del estado de Rb1, si el estado es 1 cuenta de forma ascendente, si el estado es 0 cuenta de forma descendente.

El Puerto C esta destinado al control del sistema de molienda en función del estado de Rc3, si el estado es 1 el sistema de molienda ON, si el estado es 0 el sistema de molienda Off (foto 5).

Foto 5

3.5. Fuente de Alimentación

Para la construcción de la fuente de alimentación del sistema contador de r.p.m. se realizo de la siguiente manera:

En este diseño partimos directamente de la tensión alterna de red que es 110 V. para lograr una tensión perfectamente estable. Primeramente, como es lógico, la tensión es reducida hasta una valor manejable por un transformador. Luego, esta tensión alternada de bajo valor es rectificada por el puente de Graetz D1, obteniéndose asi una señal de onda completa.

Después la señal se filtra por medio de C1 consiguiéndose de esta forma una tensión continua no estabilizada, es decir con ripple, que es inyectada al circuito integrado 7812 con el propósito de tener una tensión regulada de 12 voltios continuos( fig 10).

FIG 10

Voltaje de ingreso Vi

FIG 11

SALIDA CONDENSADORES

SALIDA PUENTE DE GRAETZ

FIG 12

Representación del voltaje de Salida del puente de Graetz D1

3.6. Conexión de relés.

Usualmente la bobina de la mayoría de los relevadores posee baja impedancia y trabaja a un nivel de voltaje superior al de alimentación del MC. Estas dos razones hacen necesaria la conexión de relés utilizando transistores, que sirven de buffers y acopladores de nivel. En la figura se muestra el acople de un relé a una salida digital empleando un transistor NPN. La activación del relé se produce en este caso con un “1” lógico.

FIG 13

Esquema de conexión para relé.

Calculo:

Vce(corte) = Vcc = 12V.

Vcc 12V.

Ic = -------- = ---------- = 164.384 mA.

Rc 0.073K.

Ic 164.384

Ib = --------- = ------------- = 2.28 mA

 72

Vrc3 - Vbe 5V. - 0.7V.

Rb = ---------------- = --------------- = 1.88K.

Ib 2.28mA.

3.7. Conexión de sensores inductivos

FIG 14

FOTO 6

3.8. Prueba de Laboratorio

Se construye una maqueta del sistema de molienda la cual esta coformada por los siguientes elementos:

• carrete plastico el cual representa al molino

• sistema de movimentacion representado por 2 poleas y una banda

• motor de 1/8 Hp

El sistema opera eficientemente, la diferencia con el sistema original es que el motor es activado directamente, en el sistema original el motor es activado a través de un contactor.

FOTO 7

3.9. Instalación y Funcionamiento

Se realiza la instalación del medidor de R.P.M. para el control de molienda de esmalte (fotografía 1)

FOTO 8

3.10. Conclusiones y Recomendaciones

Con este tipo de control se logro obtener una pasta cerámica mucho más estable ya que el residuo de la pasta cerámica se controla con mayor presicion.

Se recomienda adicionar este tipo de control a todos los molinos de la empresa con el fin de dar mayor estabilidad en la preparación de pastas y esmaltes cerámicos.

BIBLIOGRAFIA

- Boylestad Robert, Teoría de Circuitos, Editorial Prentice may, Sexta Edición 1997

- Duque , Curso Avanzado de Microcontroladores PIC, Editorial CEKIT, Edición 199836+

- F. Singer, Cerámica Industrial, Editorial URMO, Edición 1971

- Ing. Leonel Perez, Curso de Microcontroladores PIC, Edición 2004

- MICROCHIP, Tecnología Microchip, Edición 1999

- SACMI, Tecnología de la fabricación de Azulejos, Editorial IMPIVA, Edición 1986

46