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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMADE MEXICO

ESCUELA NACIONAL DE ESTUDIOS PROFESIONALESARAGON.

SISTEMA DE TRATAMIENTO TERMICO DE RESIDUOS PELIGROSOS EN TRES ZONAS

DE CALENTAMIENTO A BASE DE UN MICROCONTROLADOR

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA ELECTRICO ELECTRONICO

PRESENTA:

CELSO LUCIO LUNA HERNANDEZ

SAN JUAN DE ARAGON, EDO. DE MEXICO 1997

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Dedicatoria

Primcro quisicra dedicarles y entregarles este trabajo de Tesis a mis padres Catalina Hernandez Santiago y Salvador Luna Escamilla por aquellos momentos que siempre me dedican y que nunca serin comparados con nada en este mundo, por lodo su amor que me tienen, por su cariflo, por la education que me ban dado, por la enseflanza, por su confianza, y no dudar del apoyo que siempre me brindan, he aqui el reflejo de sus aftos de vida y por darme la oportunidad de vivir. No los decepcionare.

Los amo mucho.

A Dios por brindarmc conocimientos, salud, por guianne por el buen camino, por cuidarmc en cl trabajo en los momentos en que he cstado en peligro y por permitir que terminara uno de inis propdsitos que sera un orgullo para mis padres. Gracias Sefior.

Doy las gracias a mi hennana Laura por que me hizo trazarme esta meta.

A todos mis tios y tias y familiares en general que me brindaron su cariflo, apoyo, confianza y por considerarme capaz para realizar mis propdsitos profesionales.

A mis maestros de toda la vida les doy gracias por brindarmc parte de sus conocimientos y el tcner la paciencia para hacerlo. Gracias son unas personas muy atcntas y valen mucho.A1 Ing. Benito Zuftiga V. por la paciencia y confianza que me tuvo para dirigirme en mi trabajo de Tesis.

Para ti, que me luviste paciencia y confianza para esperar que se cumpliera un sueflo y del cual has sido participe, tambien aqui esta plasmado tu trabajo. Te quicro y amo chaparrita.

A mis compafleros y amigos de escuela quienes me ayudaron a aclarar algunos conccptos tedricos de Ingenieria electronica. Gracias.

Gracias Roberto Benitez S. por seguirme brindando tu amistad y por haberme invitado a entrar al ININ. Ercs un gran amigo.

Attc. Celso L. L. H.

II

Reconocimiento

Al Institute Nacional de Invcstigacioncs Nuclcarcs (ININ) por permitirme rcalizar estc trabajo dc invcstigacidn dentro de sus instalaciones, por proporcionarme el tiempo y material ncccsario que sc neccsilo para dcsarrollar en su totalidad todas las ctapas del Sistcma dc Tratamicnto Termico dc Residues Peligrosos cn tres Zonas de Calentamiento a base dc un Microcontrolador.

Estc reconocimiento es para todos ustedes, cl ININ son todos los que pertcncccn a csta gran Institucion y cl siguiente orden no tiene ninguna importancia ya que estc presente es para todos con el mismo valor.

Al personal que labora dentro del area de Capacitacion por los cursos que me dicron; a Paly N. por su atencion, paciencia y amistad. Y en especial a la Lie. Laura Bosch Garfias por su apoyo que me proporciono durante todo cl periodo de rcsidcncia cn el ININ. Muclias gracias Licenciada.

Lc doy las gracias a las personas que laboran dentro del Laboratorio de Dcgradacidn dc Residues Peligrosos, a cl Maestro Oscar Godoy C. por dejarmc trabajar con todo con lo que se cuenta dentro de las instalaciones para dcsarrollar el proyecto, a el FIs. Javier Flores Maldonado por su honestidad y sinceridad hacia mi persona, y sobre todo por la confianza que siempre me tuvo al no dudar de mi capacidad para dcsarrollar cualquiera de las diferentes actividades que se necesitaron dentro del Laboratorio.

Tambidn a los Ing. Quimicos Laura Merlo Sosa y German Cota Sanchez, por los mementos de cstudio, capacitacion, trabajo y moinentos de angustia que tuvimos dentro del laboratorio, por su amistad y consejos, pero sobre todo por cl tiempo que me proporcionaron para ilustrarme sobre los procesos quimicos que se electtian dentro del Sistcma de Dcgradacidn.

Al Sr. Raul Hcmindez por tenenne paciencia por toda la lata que le di para que me proporcionara material electronico, herramientas, tiempo para trabajar con todo su equipo, etc, y sobre todo por el haberme proporcionado el material didactico con el que me pude dar una idea mas amplia para la elaboration de los nucleos refractarios, ademds de su apoyo y amistad para poderme aconscjar.

Agradezco al Sr. Pedro Alonso por ccderme el tiempo ncccsario para poder trabajar con la maquinaria como fue con la Fresadora, el Tomo, su Banco de Ajuste, etc, asi como por facililarmc las herramientas ncccsarias para poder laborar dentro y fuera del taller.

Agradezco tambien al Sr. Ignacio Sandoval por ayudarme con los nucleos refractarios cn el periodo de tratamicnto de cocimicnto de estos.

Un agradecimiento a todo el personal que labora dentro de Talleres Generates por el gran trabajo que dcseinpenan, ya que gracias a ustedes se desarrollan gran parte dc las invcstigacioncs, a las ainistades que me ayudaron en la construction de las cajas del Homo. Gracias

Agradezco a todas las secretarias las atcnciones que tuvicron conmigo al facilitarmc material didactico, tramites, papeleo, etc. Y un reconocimiento a la Srita. Angelica Parra Baltazar por la amistad que tenemos, por el apoyo incondicional que me brindaste para poder dcsarrollar parte de mi trabajo, por los consejos, criticas y comentarios que me hiciste.

A todas las amistadcs y al personal quienes me hicieron grata la estancia dentro de su Instiluto les agradezco sus atcnciones y los felicito por seguir abriendo nuevos caminos dentro de la invcstigacidn y por brindarlc el apoyo a las nuevas generaciones.

Muchas Gracias

Atte. Cclso Lucio Luna Hernandez

111

Sistema de Tratamiento Tcrmico tie Residuos Peligrosos en tres zonas de calentamiento abase de un microcontrolador

CAPITULO

I

11

III

IV

V

VI

Contenido

TEMA

CONTAMINACION Y TECNOLOG1A AMBIENTAL

CONCERTOS FUND AMENT ALES Y TEORiCOS DE INGEN1ERJA APLICABLES AL SISTEMA DE TRATAMIENTO TERM1CO

SISTEMA DE DEGRADACION DE RESIDUOS

SISTEMA DE CONTROL ELECTR1CO

RESULT ADOS EXPERIMENT ALES

CONCLUSIONES

IV

Sistema de Tratamiento Termico de Residuos Peligrosos en trcs zonas de caientamiento abase de un microcontrolador

Indice

Pagina

Dcdicatoria II

Reconocimicnto III

Conlcnido IV

Indice V

Introduccidn 1

Capitulo ICONTAMINACION Y TECNOLOGIA AMBIENTAL 2

1. Destruction termica de residuos peligrosos 3• Diferentes procesos de degradation termica 3• Procesos tdrmicos 3• Tecnologia de procesos termicos 4

Incineradores de liquidos de inyeccion 4Incineradores de homo rotatorio 5Boilers industriales 5Homos de ceinento 5Incineration en el occano 6

• Procesos termicos nuevos 6Reactor electrico de alia teinperatura 6Sal derretida 7Tecnologia de plasma por arco 7Oxidacion por aire huinedo 7Incineracion de vidrio fundido 8Agua supercritica 8Incineracion en leclio fluidizado 8

2. Defmiciones de terminos de contamination y tecnologia ambiental 9

3. Estudio para la construction de un horno 10

Capitulo IICONCEPTOS FUNDAMENTALES Y TEORICOS DE INGENlERiA APL1CABLES AL SISTEMA

DE TRA TAMIENTO TERMICO 12

I. Transferencia de color “Intercambiadores Termicos" 13• Modalidades de la transferencia de caior 13• Leyes de la transferencia de caior 13

Conduction 13

V

• Radiation 15Convection 15

• Conduction a traves de un conductor cilindrico 18• Cambiadores de calor o intercambiadorcs temiicos 19• Factor de corrcccion 21• Eficiencia de un cambiador de calor 22

2. Sensores de temperatura 23• Termopar 23

3. Amplificador operational 25• Ruido en el amplificador 25• Amplificador de instrumentacibn 26• Disefto de un amplificador de instrumentacibn 27

4. Etapa de potentia 28• Electrbnica de potencia 29• Relcvador de estado s61ido (encapsulado D2425-B) 32

5. Etapa de control 34• Controladores en la industria 34• Disefto de un microcontrolador como controlador 34• Elementos de control automaticos industriales 35• Efectos del clemento de medicion en el comportamiento del sistema 35• Modes de control 37• Tipos de control 37• Modo de control todo-nada 38• Modo de accibn proportional 39• Accibn de control proportional 40• Modo de accibn integral 41• Accibn decontrol integral 42• Modo de accibn derivative 42• Accibn de control derivative 43• Modo de accibn proportional integral (PI) 43• Accibn de control proportional e integral 44• Modo de accibn proportional derivative (PD) A4• Obtencion de accibn de control derivative e integral 47• Obtencibn de accibn de control derivative e integral en controles electricos 47• Modo de accibn PID 48• Anblisis de sistemas de control en el dominio del tiernpo 48• Seftales de pruebas tipicas para la respuesta en el tiernpo de los sistemas de control 49

Funcibn de entrada escalbn 50Funcion de entrada rampa 50Funcibn de entrada parabolica 50

• Error en estado estable 51Error en estado estable causado por elementos no lineales 51Error en estado estable en los sistemas lineales 52Error en estado estable debido a una entrada escalbn 54Error en estado estable debido a una entrada rampa 55Error en estado estable debido a una entrada parabolica 56

• Desempcno de sistemas de control en el dominio del tiernpo respuesta transitoria 57• Disefto de sistemas de control en el dominio del tiernpo 58

VI

• Discfio del controlador PID cn cl dominio del tiempo 59• Algoritmo del control digital PID 59

Algoriuno de posicidn 59Algoritmo dc velocidad 60

• Mdtodos dc cntonacion dc controladorcs 62• Rcglas de Ziegler y Nichols para controladorcs PID continues 62• Rcglas dc Tkahashi, Chan y Austclandcr para controladorcs PID discretes 63

6. Microcontrolador 65• Dcfinicidn 65• Aspcctos generates 65• Familia MCS51 65• Caractcristicas dc los microcontrolador dc la familia 51 66• Caractcristicas dc los microcontroladores 67• Patillajc del microcontrolador 67• Organizacion de la memoria en el microcontrolador (hardware) 70• Memoria dc programas 71• Memoria dc datos 73• Area de direccionamienlo directo e indirccto 74• Area de registro o funcioncs especiales 75• Operacidn reset 78• Programacidn del microcontrolador 78• Modes de direccionamienlo 79

Direccionamiento directo 79Direccionamienlo indirccto 79Direccionamiento por registro 79Direccionamiento implicito 80Direccionamiento inmediato 80Direccionamiento indexado 80

• Ciclo de instrucciones 80• Tipos de instrucciones 80

Instrucciones aritmeticas 81Instrucciones Idgicas 82Instrucciones de transferencia de datos 84Transferencia de datos sobre la RAM interna 84Transferencia dc datos sobre la RAM externa 85

• Memoria de programas para el tratamiento de tablas 86• Instrucciones booleanas 86• Instrucciones de salto 87

Instrucciones de salto incondicional 87Instrucciones de salto condicional 89

Capitulo IIISISTEMA DEDEGRADACltiN DE RESIDUOS 91

/. Parte mecdnica 92• Condiciones de trabajo para el nucleo 92• Construccion de los nucleos refractarios 92• Elaboracidn de los nucleos refractarios (calculo de la cantidad dc cemento a utilizar) 92• Diseno de la resistencia para cl homo 100• Calculo del valor de la resistencia para el homo dc acucrdo a la disipacion de potencia (opciones

serie y paralelo) 101• Construccion de la caja aislante 104

VII

• Calculo para cl llenado de la caja con cl ccmento aislantc 108• Diseno de la caja exterior para cl homo dc tres zonas de calentamicnlo 112• Soporte para el homo (dibujo) 113• Ensamble del homo de tres zonas de ealentamiento (dibujo) 114

Capitulo IVSISTEMA DE CONTROL ELECTRICO 115

I. Parte electrica 116• Acondicionamiento de la scflal de lectura 116• Compcnsador automatic*) de temperatura ambiente 117• Discfio para el acondicionamiento de la serial de temperatura del homo 118• Etapa de amplification (dos opciones) 120• Sistcma complete del homo dc tres zonas de ealentamiento (dibujo) 124• Diagrama de conexiones del sistema de tratamiento tdrinico dc residues peligrosos en ties zonas

dc ealentamiento a base de un inicrocontrolador 125• Primera parte del alambrado del homo de tres zonas de ealentamiento 126• Segunda parte del alambrado del homo de tres zonas de ealentamiento 127• Alambrado general del homo de tres zonas de ealentamiento 128• Rutina a seguir para el progranta del inicrocontrolador para el homo dc tres zonas de

ealentamiento 129

Capitulo VRESUL TADOS EXPERIMENTALES 138

1. Alimentacion del sistema de tratamiento tirmico 1392. Resultados de las pruebas realizadas en las tres zonas de ealentamiento del sistema de tratamiento

termico 1393. Graficas del ealentamiento de cada zona 1404. Resultado de la derivada de cada zona de ealentamiento 1435. Graficas de la derivada de cada zona de ealentamiento 1446. Interpretacion del control de activacion de las resistencias por medio de los relevadores de estado

sdlido 1477. Funcionamiento del control del sistema mini mo 1478. Subrutinas que deberd efectua el sistema minimo 1489. Graficas del ealentamiento y derivada de la zona central en dos minutos 149

Capitulo VICONCL USIONES 152

I. Conclusiones generates deI sistema de tratamiento termico de residuos peligrosos en tres zona de 153 ealentamiento

Ancxos 154

1- Anexo “A " Definiciones generates de residuos peligrosos 155• Askarel 155• PCB's 155• Dates de seguridad del material 155

VIII

2. -Anexo “B"Relevador de estado solido* 161• Introduction a los relevadores dc estado solido 163• Especificacioncs y caracteristicas de los SSR's Ciydom 166• Algunas aplicaciones basicas de los SSR's 171• Dates tdcnicos de los SSR's 177

3. -Anexo “C" Termino integral y derivativo como aproximacidn digital 179• Termino integral 179

Aproximacidn rectangular Aproximacidn trapezoidal

• Tdrmino derivative 180

4. - Anexo "D” Tabla de datos tecnicos de los cementos ALL Refractories de Mexico S. A. utilizados enla construccion del homo * 181

5. -Anexo “E” Datos tecnicos de loscircuitos de referenda de voltajey corriente (AD590y MCI403)* 186

6. - Anexo "F" Programa denontinado “Listo" para verificar el funcionamiento correcto del alambrado 203electronico del sistema minimo del homo de tres zonas**

7. -Anexo "G " Listado en hexadecimal del programa “Listo "** 236

Bibliografla 238

* Nota 1. Para evitar problemas con la interpretation de la traduction de estos documentos, se ban anexado en su fomiato en ingles provenientes de la fuente original.** Nota 2. Estos anexos son recopilados de la fuente original para evitar errores. Ver bibliorafia #19.

IX

Introduction

En la actualidad el problema de la conlaniinacidn por diferentes medios, es una preocupacion grande para todos los seres humanos y sobre todo por las consecuencias que trae esta, por lo que se ha pretendido solucionar este en distintos pat'ses mcjorando procesos industriales, sustiluyendo materias primas y tomando acciones para reducir la gran cantidad de contain! names al ser mAs eficicntes los procesos; mis esto no es suficiente para darle solucidn al problema.

La production de contaminantes incluye los diferentes tipos de residuos que dejan los procesos industriales o de servicios, Ostos tienen reacciones diferentes al medio por lo que sc clasifican algunos como de alto riesgo para la salud y el medio ambiente, es decir son residuos peligrosos, los cuales se lian tratado de eliminar en su gran mayoria por diferentes procesos de degradacidn, al emplearse estos no se ha llegado a su totalidad por ser sistemas abiertos o simplemente por no tener una eficiencia del 99.9999% de degradation como lo inarean las normas del medio ambiente de los Estados Unidos. Una de las causas es por la produccidn de diferentes elementos que son creados en los proceso de oxidacidn, ya que en el desprendimiento y separacidn de los anillos moleculares que forman al residue, se producen otro tipo de elementos que son aun mAs peligrosos que el residue base. En el pais se generan mis de 500,000 toneladas diarias de residuos de los cuales aproximadamente 15,000 toneladas son considerados peligrosos.

En la actualidad se ha tratado la degradation por diferentes procesos como fue el tdrmico de incineration con homos al aire fibre de Askareles1 (residuos peligrosos), los cuales al no ser completamente degradados por las conditiones de incstabilidad tdrmica dc los incincradores sc crean compuestos altamente tOxicos (como las dioxinas), ya que nada mas se queman los combustibles, mAs no se fusionan las diferentes particulas de los gases remanentes que se forman por el proceso de combustion. La production de los diferentes tipos de residuos peligrosos y en espacial de los PCB's data de tiempos atrAs, ya que desde la dpoca de los 50 s fueron creados los aceites aislantes que se ocuparon durante mucho tiempo en los transformadores y que despuds de su tiempo de vida util llegaron a ser uno de los mAs grandes residuos peligrosos altamente resistentes a radiaciones, a bacterias, son muy estables, etc.

Los homos fueron una muy buena propuesta de degradation por lo que se trata de hacerlo ahora en un medio cerrado y aumentando la eficiencia en la temperature al hacerla mAs constante y uniforme a todo lo largo del proceso. Es por esto que en este trabajo se diseiid y construyO un sistema tdrmico que permite acelerar la oxidatiOn del residue en una primera etapa, convinAndolo con una segunda etapa de descarga por electrones. Las ventajas de este proceso con respecto a una degradation por incineration es la no production de cenizas, particulas volAtiles y reacciones quimicas de combustion, aspecto limitante en la normatividad.

De acuerdo a el estudio de los diferentes procesos de degradation y tratamiento de residuos peligrosos se opto por hacer una tOcnica de degradation que en su totalidad consta de dos etapas, la primera es la de tratamiento termico que constituye la elaboraciOn del presente trabajo y la segunda parte es darle a continuation un tratamiento a base de un plasma frio.

El proceso tOrmico de la degradation se realizarA en una columna empacada a la que se le proporcionara una temperature constante mediante un homo elOctrico que distribuirA a lo largo de Osta la temperature en tres zonas de calentamiento a base de resistencias de potencia que estAn conectadas en forma independiente para tener una mejor estabilizaciOn, elevation de temperature y control para hacer mas eficiente el sistema en lo que concieme a el punto de la distribution constante de temperature a lo largo del proceso de degradation El control y la estabilidad de la temperature se realiza por medio de un circuito electrOnico, constituido por un sistema minimo a base de un microcontrolador que se basarA en una serie de instmcciones en lenguaje ensamblador para realizar las diferentes acciones de control del homo.

1 Ver definition y clasificacidn que constituyen a los Askareles, nombre que se le da tambien como a toda la familia de Arocloros en el anexo “A”

1

CAPITULO I

CONTAMINACION Y TECNOLOGIA AMBIENTAL

Destruccidn termica de desechos peligrosos

El tratamiento y destruccidn de desechos organicos peligrosos a (raves de incineradores y otros procesos termicos es continue, siendo una importante opcidn el manejo de desechos peligroso en EUA, Canada y otras ciudades industriales.

Como la disposition en la tierra de desechos peligrosos no tratados comienza a ser menos aceptable por las comunidades ambientales, sino tambidn por la genie en general, iniciando asi la atencidn que le da la industria y el gobiemo para el tratamiento de desechos peligrosos y de los procesos de destruccidn. Entre estos procesos estin los incineradores a alias temperaturas y otros procesos tdrmicos que tratan a los desechos exponidndolos a alias temperaturas.

Los procesos tdrmicos pueden, en materia de segundos o minutos, destruir o reducir significativamente el volumen de los residues peligrosos, los cuales de otra manera tomarian meses, artos o en algunos cases siglos, si no es que nunca puedan degradarse en rellenos de tierras u otra parte de la tierra.

En Mayo de 1980 la Agenda de Proteccidn Ambiental expuso: “ La incineracidn es una tecnologia relativamente bien desarrollada y bien entendida. Propiamente ejecutada, puede llevar a cabo una destruccidn segura de primariamente desechos orginicos peligrosos, reduciendo permanentemente grandes volumenes de materiales de desechos d emisiones gaseosas toxicas y pequefias cantidades de ceniza y otros residues. La indneradon puede muchas voces proveer una solucidn Optima y permanentemente para el manejo de desechos peligrosos con un minimo cuidado ecoldgico a largo plazo. “

Diferentes procesos de degradacidn tdrmica

Los procesos tdrmicos son para reducir el volumen o toxicidad de los desechos peligrosos, exponidndolos a alias temperaturas en ambientes controlados, diseftados para fomentar el rompimiento del material. Cuando los desechos se exponen a alias temperaturas de 800°F a 3000°F (430 a 1530°C), tienden a descomponerse en formas mis simples y menos tdxicas. Generalmente hablarido, los procesos tdrmicos consisten de incineradores a alias temperaturas, como son los sistetnas por pirdlisis, boilers y otros procesos industriales. En otra categoria se incluyen los procesos mis nuevos que utilizan temperaturas alias como son los de una destruccidn media, pero difieren substancialmente de los procesos tdrmicos mis convencionales. En la siguiente tabla se resumen las caractensticas de los procesos convencionales.

Procesos tdrmicos Caractensticas

incineradores Mecanismo diseftado primariamente para destruir materiales exponidndolos atemperaturas alias en inedios tuibulentos a un largo plazo, suficiente para llevar a cabo la oxidacidn a traves de la combustidn.

Sistemas de pirdlisis Mecanismo que expone los materiales a altas temperaturas en un ambiente con ausencia de oxigeno. Los materiales de desechos son pirolizados a una atmosfera reductora y se producen gases combustibles apagados.

Boilers Los boilers son mecanismos diseftados para producir vapor a travds de la(desechos peligrosos como combustidn de combustibles fosiles. Son considerados a ser un proceso de desechos combustible) peligrosos tdnnicos cuando los desechos peligrosos son usados como combustible

suplemental.

Procesos Industriales Estos procesos industriales como por ejemplo la produccidn del cemento, produccidn de cal, homos de fundicidn y plantas de regeneracidn de H2S04, usan residues peligrosos como combustible suplemental, quemados directamente dentro del area de produccidn de el proceso.

3

En Enero de 1981 la Agenda de Protection Ambiental, promulgo regias para la incineration de desechos peligrosos, estas son:• Una eficienda de destruction y traslado de 99.99% debe lograrse por cada constituyente organ!co principal

(POHC) designado en la corriente de desecho.• Emisiones de particulas que no excedan de 180 mg / ds cm (0.08 gr / ds cf) para una torre de gases corregida

a 7% de 02.• Torres de emisiones de HCL no podrian ser mis grandes que la larga de 1.8 kg / h (4 lb / h) a 1% de HCL en

la torre de gases anterior para alguna entrada del equipo de control de contamination del aire.

Un constituyente orgAnico peligroso principal es una sustancia la cual es listada por la EPA como desecho peligroso. Los desechos son llamados peligrosos porque fallan en una o mas pruebas de caracteristicas de desechos hechos por la EPA (ignition, toxicidad, corrosivo, reactivo). Para desechos de solamcnte un componente peligroso el unico componente es el constituyente peligroso organico principal.

Para mezclas de componentes, la EPA selecciona como POHC s esos componentes que eslAn presentes en los desechos en alias concentraciones y tambidn componentes que son diddles para destruirlos a traves de la incincracion.

Los desechos que son quemados en algunos mecanismos que tienen funciones principalmente para producir energia son considerados combustibles, no desechos peligrosos y estan exentos de los incineradores.

La EPA propuso rcglas para limitar la combustion de productos peligrosos o de productos de combustion incomplete (PICs). AdemAs, las regulaciones requieren un minimo de control de operation como el precalentamiento de la cAmara de combustion con combustible fosil antes de que los desecltos se introduzcan, code automAtico de desechos en el caso de combustol descompuesto y un continue monitoreo de CO, actividad de la (lama y temperature del gas de combustion.

La incineratidn de bifenilos policrorados (familia de PCB's2), es regulada bajo la accidn de sustancias tdxicas. Estas regulaciones requieren una eficiencia de destruction del 99.9999%, una temperature de combustion de 1200 ±100°C y una tiempo de residencia del gas de 2 segundos.

Los desechos quemados en el mar en embarcaciones incineradores en el oceano son reguladas por acuerdos intemacionales y requieren una eficiencia de destruccidn de 99.9%.

Tecnologias dc proccsos tdrmicos

Aunque hay muchos proccsos termicos en varias etapas de desarrollo en las ciudades, hay solamcnte cinco tecnologias que son usadas pare tratar cantidades significantes de desechos. Estas son: incineradores liquidos de inyeccidn, incineradores de homo rotatorio, Boilers industriales, homos de cemento y embarcaciones incineradores en el oedano.

Incineradores dc liquidos dc inyeccidn

Un sistema de liquidos de inyeccidn consiste de una o mAs camaras de combustion refractarios alineados y una serie de boquillas pulverizadoras. Tiene la capacidad de quemar desechos combustibles que puedan ser bombeados. Los desechos pare ser quemados, usualmente se mezclan en tanques mezcladores anteriormente pare su atomization y mejorar su bombeabilidad o combustibilidad y entonces ser atomizados y quemados en suspensidn.

El tiempo de residencia y temperature tipica en la cAmara de combustion es de 0.5 a 2 segundos y de 700 a 1650°C Las ventajas de este proceso son:

2 Ver anexo “A”

4

• Capacidad para incinerar un amplio rango de desechos.• Su bajo costo de mantenimiento debido al poco movimiento de partes en el sistema.

Y entre sus desventajas encontramos:• Solamente puede quemar liquidos bombeables.• Es susceptible a ser parade por causa de la obstruction en las boquillas.• Los sistemas de liquidos de inyeccion son usualmente designados para quemar desechos especificos,

consecuentemente, no es usado para plantas de multipropdsitos.

Incincradorcs de homo rotatorio

El homo rotatorio puede ser usado para una amplia variedad de desechos solidos y lodos y para la incineracidn de desechos liquidos y gaseosos. Este tipo de incineradores tiene las siguientes caracteristicas:• Tiene un rango de diametro de 10 ft.• Trabaja a una velocidad rotatoria en el rango de 1 a 5 ft/m.• Tiene un radio de inclinacidn entre 1/16 y '/< in/ft.• Trabaja a una temperature de operation arriba del limite de 3000°F (1650°C), aunque las temperatures

tipicas son mAs bajas.• Tiene un periodo de residencia que puede variar de scgundos a horas.

La funcion primaria del homo es para convertir a traves de la combustion parcial y volatilizacion, desechos sdlidos o residues de ceniza y gases. Si las cenizas estan libres de niveles inaceptables de desechos peligrosos, es puesta en rellenos de tierra.

Casi siempre se requiere un retardador de combustion que usa combustible ya sea gaseoso, liquido 6 desechos para generar un ambiente oxidante a alias temperatures para completar las reacciones de combustion de la fase gas. Los homos rotatories tienen las ventajas de ser capaces de incinerar una amplia variedad de desechos liquidos y sdlidos, capaces de aceptar contenedores, tambores y bultos, y retenes de desechos materiales suficientemente largos para llevar a cabo muy altos ranges de destmccidn. Los homos rotatories son un capital intensive y necesita un mantenimiento significative

Boilers industrialcs

Los desechos que son quemados, generalmente son desechos liquidos generados en sitios de plantas que contienen boilers. Los desechos quemados incluyen alcoholes, solventes no halogenados gastados y subproductos altamente volatiles, los cuales podrian convertirse en estado gaseoso cuando se introduzcan dentro del boiler. Para los boilers pequeflos con un solo quemador, la prActica convencional es premezclar cl combustible primario y los materiales de desecho en un tanque previamente para su introduction dentro del hogar.

Generalmente la carga de desechos es del rango debajo del 20% del total del combustible para el boiler, debido a la dificultad para quemar los desechos y particulannente desechos halogenados corrosives con concentraciones en la carga abajo del 5% es el mAs comun.

La mAs grande ventaja de los boilers es su reducido costo para los desechos generados dentro o luera del Area de incineration. La mAs grande desventaja de la disposition de los boilers es el hecho de que el proceso no es completamente regulado y estaria propenso al abuse por operadores.

Homos de cemento

Una parte integral de el proceso para la fabricacidn del cemento es la exposicidn de la piedra caliza y varies aditivos a temperatures arriba de 2600°F (1430°C), en un homo rotatorio grande apro\ isionado con un

5

combustible fosil, el producto final de este proceso es un material solido llamado escoria de cemento. La escoria de cemento es el mejor constituyente del cemento.

Puesto que las condiciones de combustion en la produccidn de cemento son mucho mas severas que las presentes en muchos incineradores de desechos, los homos de cemento son considerados como una opcidn prometedora para muchos desechos orginicos. Elios se consideran especialmente aplicables para incineradores de desechos dorados, ya que los icidos hidrocloridricos producidos sirven para neutralizar el proceso de produccidn de escoria de hulla, la cual es normalmente alcalina.

La industria de cemento de los E. U. tiene 158 plantas y 342 homos en operacidn. La capacidad de las plantas esta en el range de 50 000 a 2 200 000 toneladas por aflo de producto de cemento, las plantas tienden a ser localizadas cerca de grandes centres de pobiacidn y, por lo tanto, cerca a las fuentes de generacion de desechos. A diferencia de los boilers, los homos de cemento no estan localizados en el local mismo de los generadores de desechos, los cuales deben ser transportados fuera del sitio para su disposicidn.

Las ventajas del uso de homos de cemento son que, ademas de que los desechos son destruidos, el valor de la energia de los desechos es recuperada, la capacidad de la industria de cemento para consumir desechos quimicos es verdaderamente grande y las plantas de cemento estin ya localizadas cerca de muchas fuentes generadoras de desechos.

La desventaja es que al quemar desechos dorados en homos de cemento se incrementan la production de particulas, requiriendo mis mecanismos de control de contamination del aire.

Incineracidn cn cl oedano

Las embarcaciones incineradoras son, en esencia, grandes incineradores de Hquidos de inyeccidn flotante. Estos incineradores pueden ser 50% mas grandes que los incineradores mis grandes montados en tierra. Una sola embarcacidn puede manejar como 6 000 toneladas metricas de desechos peligrosos por viaje. Las embarcaciones incineradoras no usan carton depurador de gas, aun para desechos altamente halogenados.

La principal ventaja de la incineration en el mar es la gran capacidad para manejar desechos a bajos costos de unidades. Las desventajas incluyen la inhabilidad para manejar solidos y lodos, la necesidad de instalaciones en la costa y la falta de control del HCL.

Procesos tdrmicos nuevos

Durante la decada pasada, varios procesos termicos innovados se desarrollaron variando significativamente la incineracidn conventional en una o varias etapas. Los procesos son: reactor electrico de alta temperatura, sal derretida, arcos de plasma, oxidacidn por aire humedo, incineracidn de vidrio fundido, agua supercritica e incineracidn en lecho fluidizado.

Reactor cldctrico dc alta temperatura

Este proceso utiliza un reactor vertical calentado por electrodes implantados en las paredes para pirolizar desechos orginicos. El proceso utiliza un reactor como nucleo encerrado por material refractario poroso. Los electrodes de carbon implantados en la pared de el reactor, calienta el nucleo del reactor a temperatura radiantes. Una manta gaseosa formada por un flujo de nitrogeno protege las paredes porosas. En el proceso, los componentes orginicos son rapidamente calentados a temperatures del rango de 3800 - 4400° F (2090 - 2430°C) y destmidos.

El proceso esta disefiado pare pirolizar orginicos adheridos a particulas tales como carbon o tierra. Sin embargo, los expertos dicen que en las pruebas recientes muestran que el proceso es efectivo para el flujo de desechos liquidos refractarios, tales como el CC14, la unidad procesa de 75 a 125 pounds (34 - 57 Kgs).

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Sal dcrrctida

Destruction por sal derretida es un metodo para quemar material organico, mientras que al mismo tiempo, se dcpuran subproductos evitando asi emisiones de gases. Este proceso de combustion estimulante y de depuration es llevada acabo por inyeccion, el material se quema con aire 6 aire enriquecido en oxigeno, bajo la superficie de un depdsito de carbonate de sodio derretido. El fundido se mantiene a temperatures sobre el orden de 900°C, causando que los hidrocarburos de la materia orgdnica inmediatamente se oxidan a CO2 y H20.

Los subproductos de la combustion talcs como fdsforo, sulfatos y haldgcnos, reaccionan cn cl fundido como sales inorgirucas y mis tarde son liberados a la atmdsfera como gases volatiles. El proceso de sal fundida es diseftado para solidos aplicables especialmente a desechos altamente tdxicos y para desechos altamente halogenos.

Tccnologia dc plasma por arco

Una de las tecnologias que recibe muclia atencidn es la de plasma por arco, la cual es un proceso que usa temperatures extremadamente alias de plasma para destruir desechos peligrosos.

Un plasma es una substantia consistente de particulas cargadas y neutrales con una carga total cerca de cero. Un plasma por arco es generado por electricidad y puede alcanzar temperatures superiores a 50 000°F (27760°C). Cuando se aplica a desechos disponibles, el plasma por arco puede ser considerado como una conversion de energia y mecanismos de transferencia de energla.

La energia electrica se transforma en un plasma. Como los componentes activados del plasma decaen, su energia es transferida a los materiales de desecho expuestos al plasma.

En un prototipo movil de un proceso patentado a 500 KW, el mecanismo del plasma es apropiado para un fin de una cimara de reaction de acero inoxidable y a la vez para un nucleo de grafito vacio para formar una zona de atomizacidn. El tiempo de residencia en esta zona de atomization es aproximadamente de 500 ps. La camara de reaccidn sin e como zona de equilibration donde las especies atomizadas se recombinan para formar nuevos productos no peligrosos simples. Esta zona es equilibrada a un range de temperature de 1 220 - 1 800°K. Y el tiempo de residencia en esta zona es aproximadamente de 1 seg. Toda la estructura esta diseftada pare ser establecida dentro de 45 ft de largo (13.7m) mudandolo en un camion tipo trailer.

La tccnologia de plasma por arco esta diseftada para desechos liquidos altamente toxicos. La operation del proceso no fue significativamente importante por el grado de halogenacidn del flujo de desechos.

Oxidacidn por aire humedo

La oxidation por aire humedo es un proceso para oxidar contaminantes organicos en agua. Esta consiste en la oxidacidn en fase acuosa de sustancias organicas disueltas 6 suspendidas a elevadas presiones y temperatures. El agua, la cual constituye el volumen de la fase acuosa, sirve para modificar las reacciones de oxidacidn de modo que estas se lleven a cabo a temperatures relativamente bajas (175 - 340°C) y al mismo tiempo sirven para moderar los ranges de oxidacidn removiendo los excesos de calor por evaporation. El agua tambien provee una excelente transferencia de calor, la cual capacita el proceso de oxidacidn humeda pare que sea termicamente sustentable a si misma con relativamente baja concentratidn de carga organica

La presion del proceso se mantiene a un nivel bastante alto para evitar la evaporacidn excesiva de la fase liquida, generalmente entre 300 y 3 000 psi.

Un flujo de aguas residuales conteniendo contaminantes oxidables son bombeados al sistema por medio de una bomba de desplazamiento positive. Las aguas de desecho pasan a traves de un intercambiador de calor el cual precalienta los desechos por un intercambiador de calor indirecto con el efluente caliente oxidado. La

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temperatura de la carga entrante es incrementada a un nivel necesario para soportar la reaccion de oxidacidn en la vasija del reactor. El aire y el liquido entrante son inyectados dentro del reactor donde tiene lugar la oxidacidn. Conforme la oxidacidn progresa a traves del reactor, el calor de combustidn es liberado, incrementindose la temperatura de la mezcla reactante. Este calor de oxidacidn es recuperado por un intercambiador de calor que utiliza la carga entrante. Asi el proceso es tdrmicamente sostenible.

Despues de remover la energia, al efluente de oxidacidn provenientes del agua, CO2, N2, se le reduce la presidn a travds de una vdlvula o de un control automdtico. De todas las variables afectadas por la oxidacidn por aire humedo, la temperatura es la que sufrid el efecto mis grande.

Incincracidn de vidrio fundido

Una parte integral de este proceso es un homo eldctrico de aproximadamente 22 ft de largo y 3 ft de ancho que tiene un depdsito cubierto de vidrio fundido. Este tipo de homo es usado extensamente en la industria manufacturera del vidrio para producirlo. Cuando se usa como incinerador de desechos, las temperaturas extremadamente alias en la camara de combustidn destruye el flujo de desechos orgdnicos.

Los materiales de desecho, ambos combustibles y no combustibles, son cargados directamente a la camara de combustidn sobre el depdsito de vidrio fundido. Los electrodos inmersos en el depdsito, mantienen la temperatura de este arriba de 2 300°F (1260°C). Los desechos combustibles son oxidados arriba del depdsito, y los inorganicos y cenizas caen dentro del depdsito y se funden dentro del vidrio.

Agua supercritica

En el proceso de agua supercritica un flujo de desechos acuosos es sujetado a temperaturas y presiones arriba del punto critico del agua, por ejemplo, el punto en el cual las densidades del liquido y fase vapor son identificados (para cl agua el punto critico es 379°C y 218 atm). En esta regidn supercritica, el agua exhibe propiedades inusuales que realizan su capacidad para destruir desechos.

A pesar de que el oxigeno es completamente miscible con el agua supercritica, los tangos de oxidacidn para los compuestos organicos son altamente acrecentados, y los inorginicos son prdcticamente insolubles en el agua supercritica, por lo cual son faciles de remover de los desechos. El resultado es que los organicos son oxidados extremadamente rapido y el flujo resultante esta libre de inorganicos.

El proceso de agua supercritica esta disc dado para desechos acuosos con altos niveles de inorgdnicos y tdxicos organicos.

Incincracidn en Iccho fluidizado

Los incineradores de lecho fluidifizado son procesos tdrmicos que usan un lecho muy turbulento de material inerte granular para mejorar la transferencia de calor y la corriente de desechos para set mineralizados. Las ventajas de los mineralizadores de fluidizado incluye su relative disefio compacto, su relativa simplicidad de operacidn y la capacidad para la combination de combustion con control de contaminacidn al atrapar algunos gases en el lecho.

Uno de los mds innovativos incineradores de lecho fluidizado en operacidn actualmente, es el sistema de lecho circulante.

Defuticiones de tirminos de contaminacidn y tecnologia ambiental

Para el manejo de los diferentes terminos que se van a emplear en el presente trabajo, se tomard en cuenta la defmicidn de estos en relacion a la Ley General del Equilibrio Ecoldgico y la Proteccion al Ambiente, que en su

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Titulo Primero y dentro de las "Disposiciones generales” que menciona en el Capitulo I, dentro de las Normas preliininarcs en su Articulo 3U, dice:

Para efectos de esta ley se entiende por:

XXVI Residue:Cualquier material generado en los procesos de extraccion, beneficio, transformation, produccidn, consume, utilizacidn, control o tratamiento cuya calidad no pennita usarlo nuevamente en el proceso que lo genera.

XXVII Residue Peligroso:Todos aquellos residues, en cualquier estado fisico, que por sus caracteristicas corrosivas, toxicas, venenosas, reactivas, explosivas, inflamables, bioldgicas infecciosas 6 irritantes, representan un peligro para el equilibrio ecologico o el ambiente.

En lo que respecta a los terminos del area en la que se va a trabajar y con el Reglamento de la Ley General del Equilibrio Ecologico y la Protection al Ambiente en materia de residues peligrosos dentro de su Capitulo 1 y dentro de las Disposiciones generales para su Articulo 3° sc menciona lo siguiente:

Para efectos de este reglamento se consideraran las defmiciones contenidas en la Ley General del Equilibrio Ecologico y la Proteccion al Ambiente y las siguientes:

Incineracion:Metodo de tratamiento que consiste en la oxidation de los residues via combustion controlada.

Degradation:Proceso de dcscomposicion de la materia, por medios fisicos, quimicos o bioldgicos.

Reciclaje:Metodo de tratamiento que consiste en la transformation de los residues con fines productivos.

Recoleccidn:Action de transferir los residues al equipo destinado a conducirlos a las instalaciones de almacenamiento, tratamiento 6 rehuso, 6 a los sitios para su disposition final.

Rehuso:Proceso de utilization de los residues peligrosos que ya ban sido tratados y que se aplicaran a un nuevo proceso de transformation o de cualquier otro.

Tratamiento:Action de transfonnar los residues, por medio del cual se cambian sus caracteristicas

Tomando en cuenta que se podra trabajar con la manipulation de residues peligroso, en cl Capitulo III de esta ley en el area del inanejo de residues peligrosos en su Articulo 12° nos menciona:

“Las personas autorizadas por la secretaria para la operation de sistemas de tratamiento, reciclaje, rehuso, incineracion y disposition final del residue peligroso, debera presentar, previo al initio de sus operaciones:

1. Un programa de capaci ration del personal responsable del manejo de residues peligrosos y del equipo relacionado con este.

2. Un documento que acredite al responsable tecnico, y3. Un programa de atencion a contingencias.

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Estudio para la construccidn de un horno

Durante el ultimo decenio se ha experimentado la tccnica de construccidn de homos como en un fuerte y progresivo desarrollo, en el cual ocupa un lugar prefercnte el homo eldctrico por resistencias. Esto quedo especialmente demostrado en la industria del hierro, acero y minerales, asi como en los centros de fabrication de productos quimicos, articulos ceramicos y de vidrio.

Esta aplicacidn creciente de homos electricos industriales es debida, sin duda, a las numerosas ventajas que ofrecen y de las cuales las mis importantes son:

• Vigilancia exacta y sencilla de la temperatura mediante la regulation automAtica por elementos de regulacidn relativamente baratos.

• Mayores posibilidades para la distribucidn de potencia local en dependencia de necesidades de servicios especiales.

• Gran capacidad de adaptation a la produccidn continua.• Mejoramiento de la calidad de los productos sometidos a tratamiento tdrmico.• Ventajas econdmicas 6 higienicas por la suspensidn de combustibles.

Los adelantos realizados en este terreno son determinados principalmente por el desarrollo de resistencias metalicas de alta calidad y por el soporte de elevadas temperaturas.

Para el cAlculo y construccidn de un homo industrial son decisivos el uso a que se destina y las condiciones de servicio reinantes en cada caso.

La duracidn satisfactoria de un elemento depende en primer lugar de sus cualidades, especialmente de su resistencia a alias temperaturas. Las condiciones de servicio y las dimensiones de las resistencias de calentamiento, tienen igualmente una influencia notable sobre la vida de un elemento.

Para el cAlculo de elementos para homos industriales, deben conocerse ante todo, la temperatura y la potencia del homo, asi como la tensidn disponible.

La temperatura de un homo depende de la temperatura necesaria para el objetivo a tratar, del tiempo de penetracidn del calor, y tambien de la diferencia de temperatura admisible entre conductor de caldeo y objeto a tratar.

En la mayoria de los casos, se encuentra la temperatura del homo 2-10% encima de la temperatura prescrita para el objeto a tratar. A este respecto se hace referenda al mtiodo analitico simplificado por diagrama, para la determinacidn de la temperatura del nucleo y la temperatura del exterior, es decir, de las diferencias de temperatura relativas durante el proceso de calentamiento representandose en el diagrama.

En cuanto a la potencia del homo, se obtiene, como es sabido, por el calculo de la cantidad de calor necesario para el calentamiento de una carga determinada por unidad de tiempo mAs un margen de seguridad para las pdrdidas en el interior del homo.

Cuando se trata de homos de tipos corrientes, basta en la mayoria de los casos, calcular el valor de calentamiento necesario para la carga propiamente dicha, pudidndose determinar a continuatidn el valor de conexion, teniendo en cuenta el grade de rendimiento habitual para el tipo de homo considerado. Si se admite el grade de rendimiento de un homo electrico con 65% y se calcula con un aumento de potencia de 50-60% para las pdrdidas de calor, se obtiene un valor de conexion suficiente. Aun en el caso de que la potencia del homo resulte demasiado grande, no tendria influencia sobre la necesidad verdadera de energia y el grado de rendimiento del homo, puesto que la temperatura del homo es regulada automAticamente al valor ajustado, quedando la necesidad de energia y el grado de rendimiento solamente se somete a la influencia de las perdidas de calor, es decir, al aislamiento termico mejor o peor ejecutado. Ahora bien, un valor de conexidn demasiado elevado en relation al tamano del homo, origina una temperatura del elemento innecesariamente elevada que

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perjudica la duration del mismo, sufriendo adetnas los aparatos de regulacion por la concxion y desconexion demasiado frecuente de la potencia del homo.

La lension de un homo depende generalmente de la tension de la red local.

A1 calcular los elementos de las resistencias, debe tenerse en cuenta la temperature apropiada del elemento y la section del material, puesto que estos factores ejercen una influcncia decisiva sobre la duracion. Por lo general, se (rata de conseguir la duracion que sea la mAs adecuada y rentable. La concentration de potencia de la pared del homo, la carga especifica de superficie del material de resistencia, asi como las condiciones de transmisidn de calor, estan en relation directa con la temperature del elemento.

La carga especifica de superficies de pared calentadas deben ser, por regia general, de 15-20 kW/in2, si bien en ciertos casos excepcionales pucde Uegarse hasta 30 kW/m2 6 mAs. Sobre todo en homos de alia temperature, es de gran importancia que se disponga de superficies de pared suficientemente grandes para el calentamiento, lo que parece tambidn muy conveniente para la distribucidn uniforme de la temperature

Con el aumento de la carga de la superficie sube tambien el exceso de temperature del elemento en reaction con su ambiente, por lo que la temperature maxima admisible para el calentamiento constituye tambien un limite para la carga de superficie.

Por consiguiente, resulta que el valor maximo admisible para la carga de superficie baja al subir la temperature del homo.

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CAPITULO II

CONCERTOS FUNDAMENTALS Y TEORICOS DE INGENIERIA APLICABLES AL SISTEMA DE TRATAMIENTO TERMICO

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Transferencia de calor

“Intercambiadores Termicos"

Para el manejo de la transferencia de calor sabemos que el flujo de calor es un fendmeno transitorio. Las leyes de la transferencia de calor obedecen a la primera y a la segunda leyes de la termodinamica: la energia se conserva y el calor debe fluir de lo mis caliente a lo mas frio.

Modalidades dc la transferencia de calor

Existen tres formas de transmision tdrmica: conduction, radiation y convection.1. La conduccidn termica es la transferencia de calor en el interior de un medio material. En los solidos, y

particularmente en los metales, la conduccidn se debe: (a) al desplazamiento de electrones libres y (b) a la vibracidn cristalina (fenonica). A temperatures bajas, este ultimo fendmeno, que es la \ibracidn cristalina de un material, constituye el mecanismo primario de la conduccidn termica, en lanto que a temperatures elevadas, lo es el movimiento de los electrones. Independientemente del mecanismo, la energia se transfiere de un itomo (o molecula) a otro, dando por resultado un flujo de energia a traves del medio fisico. En un gas, el mecanismo de la conduccidn tdrmica depende de la presion y la temperature, que intervienen obviamente, haciendo aumentar la posibilidad de las colisiones molecularcs. En los liquidos, el mecanismo de la conduccidn de calor es una combinacidn del movimiento electrdnico y el efecto de colision molecular. La conduccidn en estos materiales depende de la temperatura y no de la presion.

2. La radiacidn termica es el flujo de energia en forma de ondas electromagneticas entre dos cuerpos situados a una distancia determinada. Las ondas calorificas son funcidn de la temperatura en la supcrficie del cuerpo y transfieren el calor en forma de radiacidn.

3. La conveccidn termica es la transferencia de calor entre una superficie sdlida y un fluido. Se trata de una modalidad combinada, ya que el calor en la interficie solido-fluido se transfiere por conduccidn mediante las colisiones o cheques entre las moldculas del sdlido y del fluido. Como resultado de estas acciones se produce en el fluido un cambio de temperatura, y en consecuencia, una variacion de densidad de lo que resulta un movimiento del fluido. Ocurre un proceso de mezcla de las diversas porciones a alia y a baja temperatura en dicho fluido y se transfiere asi la energia tdrmica por transporte de masas de fluido.

Leyes de la transferencia de calor

Existen leyes de transferencia de calor por radiacidn y por conduccidn que solo tienen base experimental y como sucede con todas las leyes, no se pueden demostrar; pero, debido a que nada las contradice absolutamente, se tienen por vdlidas en todos los casos. La expresion que corresponde a la transmision convectiva del calor no es una ley, sino sdlo una ecuacidn empirica.

Conduccidn

La ley de la transferencia de calor por conduccidn recibe el nombre de ley de Fourier. En ella se establece que el flujo termico conductive qX, es producto de la conduct!vidad termica del material X, del area normal al flujo de calor A y del gradiente de temperatura dT/dx a traves del area.

La conductividad termica es una propiedad del material y constituye una medida de la eficacia con la que puede conducir energia termica. La ley de Fourier para el caso del flujo unidimencional (en watts [W]), en coordenadas rectangulares es:

dTqX — - X.4 (2.0)

dx

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Las unidades de cada termino son:

X: W / m.K A: in2

dT / dx: K / m

El signo menos de la ccuacidn 2.0 se debe a que va de caliente a frio y por lo mismo decrece la temperature. Los valores de la conductividad termica dependen de la escritura molecular, son mayores pare la fase llquida y menores en mayor grade cuando se trata de la fase gaseosa. La tabla 2.0 presenta las propiedades de muchos tipos de materiales.

Tabla 2.0 Propiedades a 20°C de algunos materiales

Material X c P eW/m. K kJ/Kg.K kg. / m3

MetalesAluminio 236 0.896 2702 0.037 (pulido)Cob re 399 0.383 8933 0.035 (ligeramente despulido)Oro 316 0.129 19300 0.446 (sin pulir)Hierro 81 0.452 7870 0.741 (oxidado liso)Plomo 35 0.129 11340 0.226 (oxidado gris)Magnesio 156 1.017 1740Niquel 91 0.446 8900 0.389 (oxidado)Plata 427 0.234 10500 0.03 (pulido)Cine (zinc) 121 0.385 7140 0.237 (despulido)

AleacionesLatdn (70% Cu, 30% Zn 111 0.385 8522 0.209 (despulido)Hierro fundido 52 0.420 7272 0.64 (oxidado)Acero inoxidable 14 0.461 7817 0.14Acero, 1%C 43 0.473 7801 0.921 (oxidado ispero)

AislantesAsbesto 0.113 0.816 383Ladrillo comun 0.42 0.840 1800 0.911 (rojo ispero)Corclio en hojas 0.042 1.880 150Fibre de vidrio 0.035 220Magnesia 85% 0.022 270Ladrillo refiractario 0.347 0.963 2322 0.75Ladrillo al cromo 0.774 0.837 3011Madera (roblc) 0.069 2.386 528 0.840 (cepillada)

Antes de manejar la ecuacidn 2.0, debemos saber si el flujo de calor es constante en el tiempo (regimen de cstado cstable o permanente), o si varia en el tiempo ( regimen de cstado no estable o transitorio).

Ejemplo:Consideremos una pared plana, como se muestra en la figure 2.0, con temperatures constante en una y otra superficie. La pared tiene un espesor L. Asi mismo, las variables T y x se pueden separar en la ecuacidn 2.0:

qX dx = -XA dT

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Inlegrando desde x = 0 y T = Th, hasta x = L y T = Tc,3

Io

Tc Th

qX dx = - J X.4 dT = iXA dTTli Tc

Las cantidades A, X y qX son constantes, de manera que

qX = XA

donde

(Th - Tc )

L

LRX =

XA

Th - Tc---------------- (2.1)

RX

(2.2)

Esta ecuacion es la cantidad que se conoce como resistencia tdrmica conductiva. Analogamente, el flujo de energia termica es igual al cociente de una diferencia de temperatura y la resistencia tdrmica.

Ejcmplo:A una pared plana de 15 cm de espesor con Area de lm2 y una conductividad tdrmica de (0.5 W /

m.K), se le aplica una diferencia de temperatura de 55°C. Determinar cl flujo de calor y la resistencia tdrmica conductiva.

ATqX = XA-----

L

LRX =

XA

(0.5) (1) (55)---------------- = 183.3 W

(0.15)

0.15----------- = 0.3 K/W(0.5)(1)

Radiacidn

La transferencia neta de calor radiante es

qr = aAl(Tl4 - T24) (2.3)

Conveccidn

La transferencia de calor por conveccidn es una combinacion de los fendmenos de conduccion tdrmica, movimiento de un fluido y la mezcla de este. Existen dos tipos de conveccidn: la llamada conveccidn libre, en la que los cambios de densidad originan el movimiento de masas en el fluido y la conveccidn forzada, en la que un dispositive mecAnico (bomba o ventilador) produce el movimiento del fluido. El flujo tcrmico convectivo qc, es producto de Ires tdrminos.

1. El area de la superficie de contacto entre sdlido y fluido A.2. La diferencia entre la temperatura de la superficie sdlida Ts y la temperatura del fluido a cierta distancia de

dicha superficie Toe. _3. El coeficiente de conveccidn tdrmica4 (promedio) he.

3 Los subindices de h y c provienen de hot (caliente) y cold (frio) y designan los niveles de temperatura alto ybajo respectivamente

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qc = he A(Ts - Toe) (2.4)

Esta ecuacion es el flujo convective del calor. Las unidades de los terminos son

he: W / (m2.K)A: m2 T: K

La ccuacidn (2.4) tambidn se puede expresar en tdrminos de una resistencia termica convectiva, Rc.

Ts-Tocqc ------------ (2.5)

Rc

La comparacion de las ecuaciones (2.5) y (2.4) dan por resultado la expresidn respectiva de Rc:

1Rc =zr— (2-6)

he A

Para calcular un flujo convectivo de calor, el tdrmino que puede ser mas dificil de determinar es he, ya que dicha cantidad relaciona las propiedades fisicas del fluido y la velocidad del mismo sobre la superficie del solido. Lo anterior altera la intensidad con la cualJa energla termica puede entrar o salir del fluido. La tabla 2.1 ilustra la amplia gama de valores que puede tener he.

Tabla 2,1 Valores tipicos del coeficiente de conveccionCases he, W / (m2.K)

Conveccidn libre, aire 5-25Conveccidn forzada, aire 10 - 200Conveccion libre, agua 20- 100

Conveccion forzada, agua 50 - 10000

La extensa variacidn en los valores de he hace muy importante su seleccidn en el andlisis de la transferencia convectiva de calor. En la transferencia de calor por conveccion intervienen la velocidad de flujo, las propiedades del fluido y el coeficiente convectivo global. Es posible relacionar estas propiedades, pero se necesitan primeramente pardmetros adimensionales. El indice adimensional que corresponde a la velocidad es el numero de Reynolds, Re. En este caso de flujo a traves de un ducto, el numero de Reynolds, ReD, se define coino

vpD vDReD = ------ ------- (2.7)

p v

v = velocidad promedio del flujo p = densidad del flujo D = didmetro interior del conductor p = viscosidad dindmica del flujo v = viscosidad cinematica del fluido

4 Esta cantidad se representa a veces con h para distinguirla de una entalpia y se la denomina tambidn convectividad tirmica.

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Numeros bajos dc Reynolds hasta de 2300, indican flujo laminar. De 2300 a 6000, en el flujo laminar comienza una transition hacia cl flujo tuibulento. For lo general, el flujo es totalmentc turbulento cuando Re = 6000. El flujo con turbulencia prcsenta un perfil de velocidad mis aplanado que el laminar, lo cual permite una mayor velocidad media, asi como una mayor temperatura en la pared.

El numero de Prandtl, Pr, es un indice adimensional que relaciona las propiedades del fluido:

pep vPr =— = — (2.8)

X oc

dondeX

pep

El numero de Nusselt, Nu, es la forma adimensional del cocficiente de conveccidn

hcDNu =--------- (2.9)

X

Se ha llevado a cabo un gran numero de pruebas para correlacionar estos indices adimensionales. Existen muchas de estas correlaciones y las siguientes son caracteristicas. En el caso del flujo laminar en tubos de corta longitud, Seider y Tate establecieron la expresidn:

Un = 1.86 (Re)'" (Pr)1"/ D\l/3 / p \0.14a (; (2.10)

En ella, L represents la longitud del tubo y todas las propiedades del flujo se evaluaron a la temperatura media del mismo, excepto ps. Este termino se evalua a la temperatura de la superficie de la pared. El cocficiente de conveccidn depende de la viscosidad del fluido, el cual varia con la temperatura. Este tdmiino adicional de viscosidad toma en cuenta la variacidn de temperatura.

En el flujo turbulento podemos utilizar la ecuacion siguiente, cuando la diferencia de temperatura entre la superficie del tubo o conducto y la temperatura media del fluido no excede de 5.5°C en cl caso dc liquidos, ni 55.5°C en el caso de los gases.

Nu = 0.023 (Re)0 8 (Pr)" (2.11)donde

n = 0.4 para efectos de calentamiento, y n = 0.3 para el enfriamiento.

En aquellos casos donde se exceden los limites previos de temperatura o donde la viscosidad del fluido es mayor que la del agua, se emplea:

Un = 0.027 (Re)08 (Pr)1" (p/ps)°14 (2.12)

En este caso, todas las propiedades se evaluan a la temperatura media del fluido, excepto ps, que lo es a temperatura de la pared del ducto.

_La Tabla 2.2 da las propiedades de diversas sustancias. Las ecuaciones (2.10) a (2.12) se usan para determinar he. Este valor se utiiiza en la ecuacion (2.4), donde Toe represent ahora la temperatura promedio del fluido para calcular el flujo de calor

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Tabla 2.2 Propiedades fisicas del aceitc de motor sin usar, liquido saturado

nperatura Densidad Calor Conduct! vi- Difusividad Viscosidad Viscosidad Numeroespetifico dad termica termica dinamica cinemAtica Prandtl

T P cp X a x 10'° p x 103 v x 106 Pr x 10°K Kg/m2 JKg.K W/m.K m2/s N. s / m2 m2/s273 899.1 17% 0.147 911 3848 4280 471293 888.2 1880 .145 872 799 900 104313 876.1 1964 0.144 834 210 240 28.7333 864.0 2047 0.140 800 72.5 83.9 10.5353 852.0 3131 0.138 769 32.0 37.5 4.90373 840.0 2219 0.137 738 17.1 20.3 2.76393 829.0 2307 0.135 710 10.3 12.4 1.75413 816.9 2395 0.133 686 6.54 8.0 1.16433 805.9 2483 0.132 663 4.51 5.6 0.84

Conduccibn a travbs de un conducto cilindrico

En el caso de elementos cilindricos como en la transferencia de calor a travds de un tubo, el Area varia con la distancia radial, por lo que en la ecuacidn de conduccibn se debe tomar en cuenta dicho cambio. La figura 2.0 ilustra un cilindro de longitud /. Supondremos que el calor solo fluye en direccibn radial, de modo que la ley de Fourier da por resultado:

qX = -XA (dT / dr)

El Area de transmisibn es la norma al flujo de calory! = 2rcrl; por lo tanto,

Figura 2.0

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qX = -2n r 1 X dT/dr (2.13)

En el caso de regimen de estado estable, qX es constante y podemos separar las variables e integrar desde r = rl y T= T1 hasta r = r2 y T = T2: ,

a dr ti1 qX ------ =1 2%XldTrl , T2

2tc X1 (Tl - T2)qX = -------------------- (2.14)

In (r2 / rl)

La ecuacion (2.14) se puede expresar en tdrminos de la resistencia termica RX, como sigue:

en donde

Tl -T2qX = ------------

RX

In (r2 / rl)RX = ---------------

2k X 1

La ecuacion (2.14) se aplica en el caso de temperatura interna mayor que la exterior, siendo positive el flujo de calor en el sentido positivo de r. Cuando la temperatura externa es mayor que la interna, el flujo de calor send negativo, lo cual indica un flujo en sentido opuesto al considerado para deducir la ecuacion (2.14).

Cambiadorcs dc calor o intercambiadorcs tdrmicos

Estos dispositivos son de uso frecuente en la mayor parte de los sistemas de la ingenieria de fluidos y termica. Permiten la transference de calor de un fluido a otro, circulando ambos a traves del elemento. Existen intercambiadores de calor de contacto directo, en los cuales se mezcla la misma sustancia cstando a diferentes temperatura. El mas comun es el intercambiador de calor de contacto indirecto, donde un fluido circula por unos tubos, mientras que otro lo hace rodeando a dstos.

En un sistema termico se sabe en primer lugar que es necesario un cambiador que permila la transfercncia de una cantidad de calor determinada. Para encontrar el medio que determina la grandeza del elemento transferente se hace por un anAlisis tdrmico proporcional a la respuesta. Para determinar integramente el tamaflo y la construccidn de un intercambiador tdrmico hay que considerar el diseflo mecanico y el proceso de fabricacidn.

Es conveniente partir de una ecuacidn que exprese la transfercncia tdrmica en un cambiador en funcion del coeficiente total de transfercncia de calor U, la superficie total de transmisidn A, y una cierta diferencia de temperatura entre los estados de entrada y salida AT. Consideremos un cambiador de calor de corrientes paralelas compuesto de dos ductos coaxiales (uno dentro de otro) y con la distribucidn de temperatura que se indica en la figura 2.1.

Consideremos una longitud diferencial del intercambiador tdrmico con una area diferencial d\. El valor que se transmite a traves de esta Area puede expresarse de tres maneras equivalentes: el calor que cede el fluido calentante o mas caliente (h), el calor que recibe el fluido calentado o mas frio (c), y el calor que se transfiere en el cambiador.

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Asi pues,q = - mh cph dTh

= me epe dTc= U </A (Th - Tc) (2.15)

En la primera de las ecuaciones, el signo negative permite que la perdida de calor por parte del fluido mis caliente sea positiva y concuerde en signo con las demas expresiones; AT para cualquier dA representa la diferencia entre las temperaturas de los fluidos calentante y calentado en dicha area diferencial.

mheph = Ch (2.16)mccpc = Cc (2.17)

De las ecuaciones (2.15) se obtiene lo siguiente:

UdA - dT

Ch Th - Tc

A BFluido

calentante

Figura 2.1

UdA dTc

Cc Th - Tc

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A1 sumar ambas ecuaciones resulta

UdA UdA dTc - dTh----------- + ------------- =--------------

Cc Cc Th - Tc

Sea 0 = Th - Tc entonces

UdA UdA -dO------- +-------- ------------ (2.18)

Ch Cc 6

Suponiendo que U es una constante en todo el cambiador de calor e integrando la ecuacion (2 18) para todo el elemento transferente, desde la seccidn A hasta la section B:

/u U^l

B B dO---- + i dA = -1 —

Ch Cc A A 8/

OII

36A = ATA

AB = A 6B = ATB

UdA UdA f ATA |.

= InCh Cc \ ATBy

(2.19)

q = U A AT = Ch(Th entr. - Th sal.) = Cc(Tc sal. - Tc entr.) (2.20)

DMLT quierc decir diferencia media logaritmica de temperatura, de mancra que el calor total transferido en un intercambiador termico de corrientes paralelas y ductos coaxiales cs:

q = UAAT (2.21)

La ecuacion (2.21) se emplea generalmente para calcular el area total de la superficie de transferencia y por tanlo, la longitud de los conductos o tubos de un cambiador de calor. La energia termica transmitida puede evaluarse a partir de la ganancia o de la perdida de energia por parte de uno de los fluidos circulantes.

Factor dc corrcccidn

Los cambiadores de calor han sido hasta ahora de configuration geometrica simple. Cuando su construction es mas complicada, entonces AT * DMLT y dicha diferencia de temperatura tiene que ser modificada mediante un factor de correccion F, como se indica:

A T = (DMLT) '(F) q = UA AT

Ahora solo resta encontrar un medio para calcular el factor de correccion. Evaluando los indices adimensionales P y Z, el factor de corrcccidn F se determina por medio del grafico respective Considerando un tubo por ser de uso mis comun o uno de los mis utilizados, tenemos.

El primer parimetro adimensional P es por definicidn

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P = ( Tt sal - Tt entr ) / ( Ts entr - Tt entr )

donde los subindices t y s denotan las condiciones en los tubos y el envolvente respectivamente. Este indice es una medida de la efectividad de la transferencia termica. El numerador es un indicador de calor real transmitido, en tanto que el denominador evalua la maxima transferencia posible de calor.

El segundo pardmetro adimensional Z es por definicidn

Z = ( mt cpt) / ( ms cps)= (Ts entr - Ts sal) / ( Tt sal - Tt entr) (2.22)

y es una medida de la capacidad termica relativa de los fluidos. Si los tdrminos de la ecuacion (2.22) se multiplican en cruz, el rcsultado representa la conservacidn de energia aplicada a los dos fluidos que interaccionan en un cainbiador tdrmico

Eficicncia de un cambiador dc calor

Con el empleo de los factores de correction es posible compensar complicaciones de construccidn y calcular el calor que corresponde a cicrta especificacidn de flujo.

Se define como eficicncia (o eficacia) de un cambiador de calor, la relacidn

transferencia de calorEficicncia =

maxima transferencia termica posible

qreal = Ch (Th entr - Th sal) = Cc (Tc sal - Tc entr)

qmix = Cmin ( Th entr - Tc entr )

donde Cmin representa el menor valor de Ch y Cc. La maxima transmision posible de calor se producira en un cambiador del tipo a contracorriente con area util infmita. De manera que

Eficicncia = ( Ch (Th entr - Th sal)) / (Cmin (Th entr - Tc entr)) (2.23)

o bien,

eficicncia = (Cc ( Tc sal - Tc entr))/( Cmin (Th entr - Tc entr)) (2.24)

Las ecuaciones (2.23) y (2.24) son equivalcntes, y la eleccidn entre ellas es cuestion de conveniencia.

eficicncia Cmin (Th entr - Tc entr) = Ch (Th entr - Th sal) = Cc (Tc sal - Tc entr) (2.25)

Una vez que se conoce la eficacia y las condiciones de entrada es posible calcular las condiciones de salida por medio de la ecuacion (2.25).

Existen dos cantidades adimensionales que dcben deierminarse antes de calcular la eficicncia. La expresidn Cmin/Cmax es una dc ellas y es la relacidn entre las capacidades termicas de los flujos. La segunda cantidad, NUTmax, es

NUT = AU / Cmin

donde UA es el valor que corresponde a las nuevas condiciones. El valor (UA) anterior se puede determinar a partir de q = UAA'f en las condiciones originales de operacion. Generalmente, U cambiara con cualquier

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variation que se produzca cn las condiciones dc funcionamiento, debido a la variation del coeficiente de convection y dicho cambio debe determinarse antes de evaluar la eficiencia.

Sensores de temperatura

Termopar

Es el censor de temperatura mis conocido en la industria. El funcionamiento del termopar lo descubrid T. J. Seebeck, en 1821; en el efecto de Seebeck 6 principio de Seebeck, es donde se establece que hay un flujo de corriente electrica en un circuito de dos metales diferentes cuando en las dos uniones estan a temperaturas diferentes.

El siguiente circuito es un esquema de un circuito simple; Ml y M2 son los dos metales, Th es la temperatura a medir y Tc es la temperatura que generalmente se conoce como de union fria o de refercncia.

Ml

Th

Tc

M2

El voitaje que se produce con este efecto termoeldctrico, depende de la diferencia de temperatura entre las dos uniones y los metales que se utilicen.

Grad F 0 2 4 6 8 10

-100 -2.699 -2.736 -2.773 -2.810 -2.867 -2.88310 -0.478 -0.435 -0.392 -0.349 -0.305 -0.262

100(a)

1.520 1.566 1.611 1.657 1.703 1.748

Grad F 0 2 4 6 8 10

-100 -2.581 -2.616 -2.650 -2.665 -2.719 -2.75310 -0.467 -0.425 -0.383 -0.341 -0.299 -0.256

100(b)

1.518 1.565 1.611 1.450 1.705 1.752

Grad F 0 2 4 6 8 10

-100 -3.492 -3.541 -3.590 -3.639 -3.688 -3.73710 -0.611 -0.556 -0.501 -0.390 -0.390 -0.334

100 1.942 2.000 2.058 2.175 2.175 2.233(c)

La anterior tabla nos muestra la relation de voltajes que se generan con los diferentes tipos de termopares en milivolts. (Union de refercncia 32°F). Los tipos mas comunes de termopares son:

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a) platino-platino/radio, cobre con cobre-niquel “cobrc-constantan” (tipo T)b) niquel-cromo con niquel-aluminio“cromel-alumer’(tipo K.)c) hierro con cobre-niquel "hierro-constantan” (tipo J)

Termopar

<

Circuito para medicibn con un termopar

Redstato de calibracion

y\/\

Resistencia

y\/\/x_

Resistencia en paralelo

-----► Al inedidor oJ al paraleloi r

Amplificador Operational

El amplificador operacional (opam) es probablemente el bloque mas popular que se utiliza en la construction de circuitos electronicos. Este dispositive es capaz de desempeftar muchas funciones que incluyen operaciones tanto lineales como no lineales, sobre senales electricas.

Un opam es un amplificador de alta ganancia con dos terminates de entrada, una terminal de salida y un acoplamiento directo intemo. Se representa convencionalmente por el simbolo de la figura 2.2 y su circuito equivalente se muestra en la figura 2.3.

Figura 2.2

Ao(V| - V;)

Figura 2.3.

El voltaje de salida V0 es la diferencia de los voltajes de entrada aplicados a cada una de las terminales de entrada, multiplicada por la ganancia Ao del amplificador.

Una sefial positive aplicada a la terminal positiva (+) de entrada, origina un cambio positive a la salida. Por esto, la terminal (+) se conoce como entrada no inversora.

Una sefial positiva aplicada a la sefial negativa (-) de entrada produce un cambio negative en la salida, de manera que la terminal (-) se llama entrada inversora.

El dispositive presenta una ganancia muy alta para sefiales diferenciales de entrada, dado que Ao, es por lo general muy grande.

El amplificador ticne una impedancia de entrada R, y una impedancia de salida Ro. En el caso de un OPAM ideal, R, se considera infinita y Ro toma un valor de cero. Asi inismo, la ganancia de voltaje Ao debe ser infinita.

Ruido cn cl amplificador

El ruido en un OPAM por lo comun se especifica en tdrminos de un voltaje de ruido equivalente en la entrada del amplificador expresada en nanovolt / V ( hertz), que indica el voltaje rms dentro de un ancho de banda de 1 Hz. Asi, por ejemplo, si se miden 500 nV de ruido equivalente en la entrada con un ancho de banda de 25 Hz, el voltaje de ruido sera de:

500 nVVn =

V (25 Hz)

= 100 nV / V Hz

El voltaje de ruido Vn debe estar especificado para una frecuencia central en particular, debido a que la distribution de ruido no es uniforme a lo largo de la banda pasante del operacional, ademas de tender a

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incrementar a frecuencias por debajo de unos cientos de Hertz. El voltaje de ruido multiplicado por la ganancia nos da como resullado el ruido de salida.

Amplificador de instrumentation

El amplificador diferencial bisico tiene un tierto numero de limitaciones. La resistencia de entrada es relativamente baja, pues esti determinada por los valores de Ri, R2, Rj, y R« (figura 2.4). Esto puede ocasionar errores debido a una carga excesiva en la fiiente de excitacidn.

La ganancia no puede ajustarse tan fttcilmente, seria necesario variar al mismo tiempo los cuatro resistores. Dado que la relation de rechazo en modo comun (CMRR) del operational es finita, puede ocurrir degradation subsecuente.

R2

Figura 2.4 Amplificador diferencial

Un dispositive que sobrepase estas limitaciones se llama “amplificador de instrumentaci6n’’(figura 2.5). A expensas de dos operational adicionales, se consigue un mejor fimtionamiento en comparatidn con el amplificador diferencial.

Figura 2.5 Amplificador de instrumentation

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Este circuito esta compuesto de una configuration de entrada y salida difercncial como se muestra en la figura 2.6.

Figura 2.6

Seguida por un amplificador de entrada difercncial como el de la figura 2.4.

La ganancia esta dada por:

V.Ac =

V,

Si hacemos R3 = R4, la expresion de la ganancia se reduce a:

V0 R2Ac =------ = 2----- + 1

V, R,

La ganancia minima que se puede llegar a obtener en este caso es la unidad. Haciendo variable R,, es posible ajustar la ganancia. Los valores de los resistores deberan mantenerse bajos para minimizar el desbalance de C.C. Asi mismo, si tanto A, como A2 se encuentran encapsulados en un mismo amplificador dual, se conseguirA una reduccidn aim mayor en el desbalance.

R2 R-.2--- + 1 ---

R, R3

Diseflo de un amplificador de instrumentation

Ejemplo:Disefiar un amplificador con una entrada difercncial de alta impedancia de entrada y de alto rechazo

en mode comun, ganancias independientes de 3, 5 y 10.

Solucion:Se empleara el circuito del amplificador de instrumentacion. Si se supone que R2 = R3 = = 10K11,

se puede entonces calcular tres valores diferentes de R, para cada una de las ganancias correspondientes, utilizando la ecuacidn.

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V,Ac=----- = 2 — + 1

Vj R,

2R2=> R| =-----------

Ac - 1

R2

(2) (10K)

5-1

20K

4

R, = sm

Los mismos cAlculos sc realizan para Ac = 3 y Ac = 10, asi tenemos los valores de nuestros resistores para las ganancias deseadas

Ac R2 Ri

3 iom 10m5 iom 5m

10 iom 2.22m

El exito 0 fracaso que pueda tener un disefto dependent en gran medida, de los parametros del OP AM, utilizando la ganancia de lazo abierto insuficiente, la impedancia de entrada baja, la escasa rapidez de respuesta 0 cualquier otra variedad de parametros degradados pueden llegar a afectar severamente al funcionamiento del circuito, tambidn dependiendo el tipo de encapsulado del OP AM, dependeran las consideraciones mecanicas, ambientales y de temperatura.

Etapa de Potencia

En la industria hay numerosas operaciones, las cuales requieren que se entregue una cantidad de potencia electrica variable y controlada. La iluminacion, el control de velocidad de un motor, las soldadura electrica y el calentamiento electrico, son las cuatro operaciones mis comunes. Siempre es posible controlar la cantidad de potencia electrica que se entrega a una carga si se utiliza un transformador variable para proporcionar un voltaje de salida variable. Sin embargo, para grandes potencias, los transformadores variables son fisicamente grandes y costosos, necesitan frecuentemente mantenimiento, estos tres factores hacen que los transformadores scan poco utilizados.

Otro metodo para controlar la potencia electrica que se entrega a una carga, es intercalar un reostato en serie con la carga, para asi poder controlar y limitar la corriente. Nuevamente, para grandes potencias, los reostatos resultan de gran tamaflo, son costosos, necesitan de mantenimiento y ademas desperdician un cantidad apreciable de energia.

Otro medio utilizado para el control de grandes potencias fue el uso de relevadores electromecanicos como circuitos de mando, en donde un relevador es un aparato que es operado por la variation dentro de las condiciones de un circuito electronic*) que efectua el funcionamiento del mismo 0 de otros circuitos electricos. El relevador generalmente consta de un embobinado conectado a un circuito de control y de dos 0 mas contactos magneticos conectados a la carga 0 a un control de circuitos. Cuando se cierran los contactos normalmente antes

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de la action del relevador, la action es abrir, si los contaclos estan abiertos inicialmente, la action del relevador es cerrar.

Dentro de las aplicationes de los relevadores en la industria, se incluyen la protection contra corto circuito de cargas excesivas y de baja carga, teclco. control rcmoto, inversion de mando, etc. Generalmente, se usara el relevador en cualquier circuito industrial en el que una cantidad grande de potencia a la carga es controlada por una pequefia cantidad de mando.

En ciertas aplicacioncs industriales, la sensibilidad del relevador no es lo sufitientemente confiable al poder del mando disponible. Lo que trae como consecuentia el buscar un substitute de mando para el control de la potencia eldctrica.

Los tiristores son otro metodo a utilizar, ayudan en una mayor reduction del costo y a desarrollar los sistemas de conduction, combinando el enfasis de los motores de CD a los motores de CA. Con los cicloconversotes e invcrsores, la velocidad de un motor de CA puede tambidn controlarse de modo fdtil y confiable.

Con la creciente demanda de energia eldctrica a nivel mundial el modo de transmisidn de energia se desplazd de CA a la de CD. El sistema CDAV se usari cada vez mas por sus numerosas ventajas sobrc un sistema de CA, los conversores de tiristores son parte integral del sistema CDAV. Adcmas de estas aplicacioncs principals, se cncuentra la utilization como dispositive de conmutacidn, particularmente para mejorar el factor de potencia de las lineas de transmisidn y de alimentation.

Electrdnica de potencia

En primer termino tenemos que definir que es la electrdnica de potencia para poder trabajar con la etapa de potencia del presente trabajo, asi sabemos que:• La electrica son grandes cantidades de voltaje y corriente a bajas frecuentias.• En la electrdnica se trabaja con corrientes bajas, manipulation de sefiales de control, voltajes bajos y muy

alias frecuentias.• En la potencia se manejan alias cantidades de corriente y voltaje.

Por lo tanto, podemos definir como electrdnica de potencia como el uso de la electrdnica convencional y los dispositivos semiconductores en el manejo y control de grandes cantidades de corriente y voltaje. Dentro de algunas aplicacioncs de la electrdnica de potencia en procesos industriales, tenemos:• Control de sistemas termicos (calefaccidn, discos, etc.).• Sistemas de iluminacion y alumbrado publico.• Tableros de distribution de energia.• Procesos de soldadura (soldadura de punto, etc.).• Controles de velocidad (control de motores de CA).• Rectificacidn.• Sistemas de protection.• Automovilista electrica.

Para la aplicacidn de la electrdnica de potencia se puede realizar con cualquiera de los medios antes mencionados, dependiendo, claro esta, de las aplicacioncs que se les vaya a dar.

Se pueden utilizar relevadores de estado sdlido con interruptores SCR que se emplean para el mando de CA por medio de CD. Este dispositive fue desarrollado en principle en los laboratorios Bell en los EUA y presentando comercialmente por la compafiia General Electric en el mismo pais en 1957. Se le conoce popularmente en el mundo cientifico como Rectificador Controlado por Silicio (SCR) y se le asigno el nombre de tiristores a toda la fainilia para las aplicacioncs comerciales. A la fecha, hay en el mercado tiristores de 1000 Amp con una relation de voltaje pico inverse (VPI) de 3.2 KV. El empleo de SCRs tiene una amplia aplicacidn

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en la Industrie como son en el uso de mando de cargas de un motor, transformadores, calefaccion por resistencias, etc., estos reemplazaron a los relevadores electromecanicos y para aplicaciones con CA se pueden utilizer los TRIACs y para aplicaciones de CD se utilizan los tiristores. Normalmente se aisla electronicamente los circuitos de mando del SCRs y el circuito de la carga por un relevador de switch, de transformador, o por optoacoplador.

Un remplazo de los relevadores electromagneticos se realize por la substitution de tiristores que se pueden poner y operar dentro de unos microsegundos, reemplazando a los relevadores mecanicos y a la ola grande de circuitos electromecinicos. Por aplicaciones de bajo poder de CD, los transistores de potencia se pueden utilizar como interruptores. Ademas, por las aplicaciones de cambio de estado, el tiristor se puede disefiar para proporcionar circuitos de retraso de tiempo, cerrando y abriendo el flujo de corriente y vollaje determinados por medio de transductores, por deteccidn mecanica, electrica, position, proximidad y sobre todo el prendido puede generar el mando de control para cl tiristor.

Los SCRs pueden ser usados como interruptores estiticos (relevadores de estado solido) que reemplazan a los relevadores electromecinicos convencionales, al ser substituidos por tiristores, se tiencn ventajas como son una vida mis larga, insensibilidad a la vibration, mayor rapidez de switchco, y es a prueba de explosion (ya que no forman arco eldctrico). Existen tres tipos diferentes de interruptores estaticos de acuerdo a la aplicacion que se les pueda dar en las condiciones de trabajo:1. Interrupter de un solo polo, contacto de un solo tiro cerrando el contacto normalmente abierto para cargas de

CD por medio de la entrada de un pulso a la compuerta del tiristor que permite el paso de energia a la carga.2. Interrupter de un solo polo, contacto de un solo tiro abriendo al contacto normalmente ccrrado para cargas

de CA o de CD.3. Interrupter de un solo polo, contacto de doble tiro, el cual se aplica tanto para CA como para CD.

Para los interruptores de CA, el tiristor ademds de la activation de linea o conmulacion natural, la interruption rapida es limitada por la frecuencia del suministro de CA y el tiempo de encendido y apagado del tiristor. Los interruptores de CD por conmutacidn forzada y por la velocidad del interrupter, dependen de la conmulacion del circuito y del tiempo del encendido y apagado de la velocidad de respuesta del tiristor.

Lo anterior lo podemos entender con mas claridad, sabiendo que un tiristor presenta cuatro capas aitemadas de material N y P semiconductor, las dos capas extemas son densamente dopadas y sus dimensiones son consideradas para el manejo de mayor o menor potencia. Por lo general, la manera de controlar un tiristor es por medio de una corriente en compuerta, esta corriente en su mayoria csta en el orden de 0.1 mA a los 20 mA. La conduccidn de encendido de un tiristor se conoce como estado de conduccidn y durante cste estado la corriente que fluye por el dispositive se limita solamente por la resistencia de la carga o una resistencia limitadora externa que se tenga en el circuito.

Por lo general, la carga (Rt.) se conecta en serie al dispositive tiristor al igual que la fuente de alimentacidn. El termino tiristor incluye a todos aqucllos dispositivos que presentan un funcionamicnto inherente como dispositivos de corte-saturacidn, en opositidn a aquellos dispositivos que presentan un cambio gradual en su conduccidn. Todos los tiristores son dispositivos de conmutacidn no regenerativos (no regresan a su estado inicial una vez activados) y no pueden operar en forma lineal.

Dependiendo de la construction fisica, tipo de habilitatidn de encendido y apagado del tiristor pueden ser clasificados dentro de 9 categorias como son:1. Phase-control thyristors (SCRs).2. Fast-switching thyristors (SCRs).3. Gale-turn-off thyristors (GOTS).4. Bidirectional triode thyristors (TRIACs).5. Reverse-conducting thyristors (RCTs).6. Static induction thyristors (SITHs).7. Light-activated silicon-controlled rectifiers (LASCRs).8. FET-controlled thyristors (FET-CTHs).

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9. MOS-controlled thyristors (MCTs).

Dentro de los metodos de disparo se tiencn los de disparo termico, en donde si el voltaje generado por el aumento de temperatura en el dispositive es muy cercano al voltaje de conmutacidn (Vs), el dispositive puede entrar en conduccidn sin tener una corriente en la compucrta. Esta tambien el disparo por radiacion que es de forma electromagnetica (por medio de luz) y el disparo de forma magnetica\ en el primer case funciona por fototransistores que son activados cuando es tratada la unidn compuerta-catodo para que produzca una cantidad de carga en esa region cuando a este se le hace incidir una luz. El fimeionamiento del segxmdo caso es igual al primero nada mas que se le hace incidir un campo magnetico en vez de una luz. Tambidn se tiene el disparo por voltaje en donde segun se aumente el voltaje directo aplicado al tiristor hasta llegar a un voltaje mayor que Vs (pero no exceder destruction o sea estado de ruptura), el dispositive entrard en conduccidn sin necesitar una corriente en compucrta. Y por ultimo se tiene cl disparo por compuerta que puede activar al tiristor polarizando adecuadamente y aplicando un pulso de corriente en la compuerta Io.

Dentro de los metodos de apagado se cuenta con el de conmutacidn natural que es cuando en los dispositivos de CA la corriente cruza por el cero o aparece un voltaje inverse y el dispositive se apaga. Asi como el de conmutacidn forzada que es cuando se necesita de ciertos medios extemos para apagar violentamente el dispositivo, en este caso los circuitos inversores utilizan este principio.

Un TRIAC es un dispositivo de tres terminales utilizado para controlar el valor promedio de la corriente que fluye a una carga. Un triac es diferente a un SCR en que puede conducir corriente en cualquiera de las dos dirccciones cuando es llevado a conduccidn para una carga alimentada por CA, siendo uno de los printipales condiciones de trabajo para la activation en dste tipo de alimentacidn.

MT,

MT2 +1

MT,

mt2

<—estado de conduccidn

Cuadrante I (MT2 + Vc)Cuadrante III

■(-Triggered I,

no conduce el Triac

Triggered I0 -»

Cuadrante IVCuadrante III (MT2 - V„)

estado de conduccidn —>

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Cuando cl triac es bloqueado, no puede fluir corriente entre sus terminales principals indcpcndientemente dc la polaridad de la fuente externa aplicada. Por lanto el triac opera como interrupter abierto. Cuando cl triac es llevado a conduccion, no presenta una resistencia muy baja al paso dc la corriente en el camino de una terminal a otra, donde el sentido de flujo depende de la polaridad de la fuente externa aplicada.

Un triac no esta limitado a 180° de conduccion por ciclo. Con el adecuado arreglo de disparo, puede conducir por la totalidad de los 360° por ciclo. Entonces proporciona control de potencia de onda completa en lugar del control de potencia de media onda posible como es en el caso del SCR.

Las formas de onda en los triacs son similares a las formas de onda de los SCR, excepto que puede cerrarse en cl semiciclo negativo.

Un triac sc comporta como dos SCR en paralelo, de forma equivalente a los dos candados. Por esta razon, un triac puede controlar la corriente en cualquier direccion.

Relcvador de estado sblido (encapsulado D2425-B)

El relevador de estado sdlido es un aparato que tiende a ser cada vez mas popular por sus aplicaciones. El relcvador de estado solido no tiene partes movibles, es resistente a golpes y vibraciones, sc sella contra tierra y humedad5. La mis grande ventaja del relevador de estado sdlido es el hccho dc que se aisla al aparato de la linea de voltaje de entrada del mando de control del relevador. Estos relevadores pueden ser controlados para cargas concctadas en CD y CA. Si se desea controlar un relevador para una carga dc CA se conccta a un transistor de potencia a la linea como se muestra en la figura 2.7.

OEntrada

O

Carga

120 Volts CA

Figura 2.7 Relevador de estado sdlido

El relevador de estado sdlido se puede usar para controlar cargas de CA y de CD. Si se desea controlar un relevador con carga de CD, se conecta un transistor de potencia a la linea de la carga como se muestra en la figura 2.8. Este relevador tiene un diodo emisor de luz (LED) conectado a la entrada o al voltaje de mando. Cuando el voltaje de entrada lleva al led a su posicion de encendido, un fotodetector concctado a la base del transistor lleva al transistor a su posicion de conduccion y conecta la carga a la linea Este acoplamiento optico es un metodo muy comun usado con el relevador de estado solido. Se dice que el acoplamiento por este metodo es de opto-aislamiento en los relevadores. Desde que se usa este medio de control por medio de un haz de luz, ningun voltaje mete ruido electronico producido por la carga que esta al lado del relcvador y no lo puede transmitir al control de mando.

Entrada

Figura 2 8 Transistor de potencia usado en el control de una carga de CA

5 Ver sus caracteristicas generates y datos tecnicos en el anexo B

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El relevador de estado solido destinado a usarse como directores para la alimentation de CA en una carga, tienen un triac conectado a la carga como se muestra en la figura 2.9, en lugar de un transistor de potencia. Como se ve en la figura 2.8, un led se usa como el aparato de mando en este ejemplo. Cuando el fotodetector ve al led, activa la compuerta del triac y este permite la conexion de la carga con la linea.

Entrada 120 Volts CA

Figura 2.9 Triac usado en un control con carga de AC

Aunque el opto-aislamiento es probablemente el mtiodo normalmente mas usado por el mando de un relevador de estado sdlido, no es el unico metodo usado. Unos relevadores usan una pequeda carga relevando el control de rendimiento, figura 2.10. Un pequeflo interruptor se conecta a la compuerta del triac. Se conecta el embobinado del circuito de mando al relevador. Cuando el voltaje de mando causa una corriente al fluir por el embobinado, se produce al rededor de este un campo magndtico. Este campo magnetico cierra el contacto del interruptor, lo que causa poner al triac en operacidn. Este tipo de relevador de estado solido es con campo magnetico, en vez de trabajar con un haz de luz, se utiliza para aislar el circuito de mando del circuito de carga.

Figura 2.10 Relevador de interruptor que activa un relevador de estado solido

El control de voltaje para que por lo menos el relevador de estado solido se active, es del tango aproximadamente de 3 a 32 volts y puede ser de CA o de CD. Si un triac es utilizado como aparato de control, los tangos de voltaje para la carga pueden ser de 120 a 240 volts de CA y comunmente los tangos de corriente que pueden manejar son del orden de 5 a 25 Amperes.

Especificaciones generales Entrada CD

Rango de la sefial de controlCorriente de entradaVoltaje de aislamientoRanges de operation de temperatura

3 a 32 VCD4 mA @5 VCD 4000 VRMS -30°C a 80°C

Modelos de control de CD con Triacs a la salida

Modelo No. Linea CA Corriente maxima en la Sobretension de un-ciclo(47-63 Hz) carga Amp. (RMS) Amp. (PK)

TD1210 24-140 10 100TD1225 24-140 25 25TD2410 48-280 10 100TD2425 48-280 25 250

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Etapa de Control

Controladorcs en la industria

La necesidad de ajustar adecuadamente los procesos industriales, repetirlos en forma continua y reducir sus errores, lxan obligado a la ingenieria a desarrollar una tecnologia especializada en cuanto a instrumentacidn y control de procesos. Este desarrollo se presents primeramente en mediciones, despues en registros y finalmente al control.

Las mediciones en la industria juegan un papel basico, sin embargo, la experiencia ha demostrado que por si solas son insuficientes para mejorar el costo del proceso, dar mayor uniformidad a la production y aumentar la calidad de los productos. Debido a esto fue necesario desarrollar la tecnica del control aulomatico, la cual ha producido una revolution industrial.

Para poder estudiar un proceso industrial en particular, es necesario descomponerlo en una serie de opcraciones basicas, esto es posible hacerlo siempre y cuando el tiempo que se requiera para realizar cada una de estas opcraciones sea muy pequefio en comparacidn con el tiempo del proceso en general.

Por lo tanto, el control automatico sera la operacion de llevar una o mas variables a su punto dptimo de trabajo y mantener toda la operacion ajustada a los valores prefijados. cualesquiera que scan los cambios que en clla se produzcan. Para realizar esta operacion es necesario conocer los hechos que ocurren en cl proceso y que intcresan para poder controlarlo. Para cuantiftcarlos se rcquicrc cvaluar las variables, estas seriates deben scr captadas y transformadas en magnitudes que se puedan medir. transmitir y si es necesario, amplificar para su mejor manejo y utilizacion posterior.

Una vez que se ha determinado la magnitud de las variables que se desean controlar, se debe comparar con el valor dcseado y si existe una discrepancia, se debe ajustar la energia suministrada al proceso, de tal manera que corrija la desviacion existente. Esta operacion se puede hacer en forma manual o en forma automatica mediante un dispositive que sc llama controlador.

Diseflo dc un microprocesador como controlador

Se les llama controladorcs no soportados, a sistemas que no estan conectados a una computadora central y que generalmente utilizan controladorcs analogicos independientes. Las caracteristicas que hacen atractivo el uso de microcontroladores como controladorcs no soportados son: bajo costo, flexibilidad y alta confiabilidad. Sin embargo, es necesario realizar algunas consideraciones para seleccionar a los microprocesadores como controladorcs. En primer lugar, debe tomarse en cuenta la velocidad de proceso, pues uno de los limites para la aplicacion de controladorcs digitales sigue siendo el tiempo de ejecucion de las instrucciones.

Otra consideracidn es la cantidad de unidades por construirse, ya que existe un compromiso entre el costo de desarrollo y el costo por unidad.

Existen otros factores a considerar como son las condiciones del medio en donde se va ha operar el microprocesador, la forma de transmisidn de los datos y de operacidn de los actuadores, facilidades disponibles para la realization de la programacion y modularidad del diseflo.

En cuanto a los algoritmos dc control que son susccptiblcs dc scr rcalizados en un microprocesador, debe dc satisfacer algunos requisites como son:1. Tiempo de compute predecible. Es el tiempo requerido para sintetizar la serial de control y es una

caracteristica iinportante que permitira elegir el periodo de muestreo.2. Satisfaccidn de los indices de fimeionamiento del proceso.3. Robustez. Es la poca sensibilidad de las variables del proceso respecto a las variaciones en los parametros del

mismo.

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4. Opcracidn sintonizable. Facilidad para ajustar los parametros durante la operacidn normal del proccso.

Para la realization del prototipo, es necesario tomar en consideracidn dos aspectos importantes:a) El disefio de las interfaces. Es la importancia del costo de sus componentes.b) La programacidn. El costo del desarrollo de la programacion excede con mucho el costo total del desarrollo y

adquisicion de la parte electronica.

Existen algunos otros aspectos a considerar como son la longitud de palabra, problemas de redondeo, manejo de intcmipciones, etc..

Elcmcntos dc control automiticos industrialcs

Un control automatico debe detectar la sefial de error actuante que habitualmente se encuentra a un nivel de potencia muy bajo, por lo tanto, se requiere de un amplificador. La salida del control automdtico va a actuar sobre un dispositive de potencia.

En la figura siguientc, se obtiene un diagrama de bloques de un control automdtico industrial y con elemento de medicion.

Detector dc error

Entrada de rcfercncia

A1 accionador

Amplificador

Error actuante

De la plantaElemento de

medicidn

El control en si, consistc cn un detector de error y un amplificador. El elemento de medicidn es un dispositive que convicrte la variable de salida en otra variable adecuada como puede ser presidn, un desplazamiento, una serial electrica, etc., que puede usarse para comparacidn de la salida con la sefial de entrada de referenda. Este elemento se encuentra en el camino de realimentacidn del sistema lazo cerrado. Hay que convertir el punto de ajuste o regulacion del control a una referenda de entrada de las mismas unidades de la sefial de realimentacidn del elemento de medicidn. El amplificador efectua la amplificacion de la potencia de la sefial de error actuante, la que a su vez opera sobre cl accionador.

Frecuentemente se usa un amplificador justamente con algun circuito de retroalimentacion adecuado para modificar la sefial de error actuante, amplificdndola y en ocasiones derivandola o integrdndola para lograr una sefial de control mejor.

El accionador es un elemento que altera la entrada a la planta de acuerdo con la sefial de control, de manera que se pueda poner en correspondence la sefial de retroalimentacion con la sefial de referenda de entrada.

Efectos del elemento dc medicidn en cl comportamiento del sistema

Como las caracteristicas dinamicas y estaticas del elemento de medicion afectan la indicacidn del valor efectivo de la variable de salida, el elemento de medicidn juega un papel importante en el comportamiento

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global del sistema de control. El elemento de medicion generalmente determina la funcion de transference en el camino de realimentacion. Si las constantes de tiempo del elemento de medicion son despreciablemente pequefias en comparacidn con otras constantes de tiempo del sistema de control, la funcion de transferencia del elemento de medicion simplemente se convierte en una conslante.

Las figures 2.11 a, b, c, muestran diagramas de bloques de controles automAticos con elementos de medicion de primer orden, sobreamortiguado de segundo orden o subamortiguado de segundo orden, respeclivamente.

R/sl \ Efs) ,elemento

decontrol

Mfs) „/

B(s) KTs + 1 *

C(s)

(a) Diagrams de bloques de control automatico con elemento de medicion de primer orden

elemento

control

(T, s + 1 ) ( T2 s + 1 )

(b) Diagrams de bloques de control automatico con elemento de medicion de segundo orden sobreamortiguado.

elemento

control

1 >C>0

(c) Diagrams de bloques de control automatico con elemento de medicion de segundo orden subamortiguado

Figure 2.11

La respuesta de un elemento de medicion termico, frecuentemente es de tipo sobreamortiguado de segundo orden.

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Modos de control

Normalmente un controlador se subdivide en dos grandes partes:

a) Mecanismo o dispositive de comparacidn que resta de la serial de valor deseado, la serial recibida desde el transmisor Vm, la cual es una identification del valor de la variable de salida del proceso; la difercncia constituye la serial de error del sistema que es proporcional a la verdadera diferencia. For definition lo podemos expresar en la siguiente ecuacidn:

e(t) = (Vd - Vm)donde:

e(t) = serial de error Vm = serial de transmisor Vd = valor deseado de la serial

representado esto en un diagrama de flujo, es de la siguiente forma:

El valor deseado de la serial del transmisor Vd (“set point"), puede fijarse a voluntad en el controlador. La igualdad cn cucstidn es dc gran importance cn cl anilisis del control dc proccsos.

b) La segunda parte la constituye la unidad de control en si, la cual recibe la serial de error producida para frnalmente dar como salida una serial de control que es aplicada al elemento de accion final (el actuador), el cual producira una serial de actuacidn que a su vez alterara el valor de la variable manipulada del proceso.

Todos los controladores presentan algun modo de control o tipo de accidn espectfico. Pero presentan al mismo tiempo otro tipo de caracteristicas que dependen de la relation existente entre la serial de medicidn y la serial de control. Esta accion puede ser directa cuando un aumento en la serial de medicidn produce un aumento en la serial de control.

Tipos de control

Un control automation compara el valor elective de salida con un valor deseado, determina la desviacion y produce una serial de control que reduce la desviacidn a cero o a un valor pequefio. La forma en que el control automatico produce la serial de control, recibe el nombre de accion de control.

Clasificacidn de los controles automdticos.

De acuerdo a su accion de control, los controles automaticos industnales se pueden clasiftcar en:• Controles de dos posiciones o de si-no.• Controles proporcionales.• Controles integrates• Controles derivatives.• Controles proporcionales e integrales.• Controles proporcionales y derivatives.• Controles derivatives e integrales.

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• Conlrolcs proporcionales, integrates y derivatives (PID)

La mayoria de los controles automalicos induslriales usan como fuentes de potencia la electricidad o un fluido a presidn que puede ser aceite o aire.

Tambitii se pucden clasificar los controles automalicos segun el tipo de fuente de energia usada en su funcionamiento, en controles neumAticos, hidraulicos o electronicos.

Es importante comprender las caracteristicas basicas de las diversas acetones para que el ingeniero de control pueda elegir la mas adecuada para determinada aplicacion.

Modo dc control todo-nada

Tambien se le conoce como controlador de dos posiciones, cuando se emplea en controlador de este tipo en un proceso, el elemento de accion final adopta una de dos posiciones posibles. El control de dos posiciones es muy usado en sistemas industrials y domesticos, pues es muy sencillo y economico.

Es un sistema de control de dos posiciones aquel elemento accionador que tiene solamente dos posiciones fijas y en muchos casos son simplemente conectado y desconectado.

Sea la serial de salida de control mft) y la serial de error actuante eft). En un control de dos posiciones la serial mft) permanece en un valor maximo o minimo, segun la serial de error actuante que sea positiva o negativa, de modo que tenemos que:

mft) - M| para eft) > 0

= m2 para eft) < 0donde M, y M2 son constantes.

Generalmente el valor minimo M2 es cero 6 -M,. Los controles de dos posiciones son generalmente dispositivos electronicos, donde habitualmente hay una vAlvula accionada por un selenoide electrico. Tambien, los controles neumaticos proporcionales con muy alias ganancias actuan como controles de dos posiciones y se les denomina regularmente controles neumaticos de dos posiciones, figura 2.12.

Figura 2.12 Diagrama de bloques de un control si-no

El range en el que se debe desplazar la sefial de error actuante antes de que se produzca la conmutacion se llama brecha diferencial. La brecha diferencial hace que la salida del control mft) mantenga su valor hasta que la serial de error actuante haya pasado levemente del valor cero. En algunos casos, la brecha diferencial es un resultado de friction no intentional y movimiento perdido; sin embargo, normalmente se le provee deliberadamente para evitar la accion excesivamente frecuente del mecanismo de si-no, figura 2.13.

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brechadiferencial

Figura 2.13 Diagrama de bloques de un control si-no con brecha diferencial

Modo dc accidn proportional

El controlador de accidn proporcional de una salida que cambia proporcionalmente con el error del sistema, es:

U(t) = ± Kc e(t)

En esta ecuacidn U(t) son las variaciones de la salida del controlador alrededor de una salida llamada nominal que puede ser seleccionada de acuerdo con las condiciones del proceso. El termino Kc recibe el nombre de ganancia proporcional o ganancia. Puesto que:

e(t) = (Vd - Vm)

si la accidn del controlador es directa, un aumento en la serial de medicidn debe producir un aumento en la serial de control, por lo tanto:

U(t) = - Kc e(t)

Ahora bien, si es de accidn inversa, una disminucion en la serial de medicidn debe producir un aumento en la serial de control por lo cual:

U(t) = + Kc e(t)

Es evidente que al emplear accidn directa hay un aumento en la serial de error, el cual produce una disminucion en la serial de control, mientras que con accidn inversa un aumento de la serial de error produce un aumento en la serial de control

El control de procesos mediante accidn proporcional es muy comun, aunquc siempre presenta un error en estado permanente. En algunos cases el controlador y el transmisor, son considerados como una sola unidad con el fin de obtener una configuracidn de retroalimentacidn uni tana. Cuando esto sucede la ganancia del controlador es:

K = Kc Ki

La constante K o pendiente de la recta que se presenta en el comportamienlo de la ecuacidn, determina los cambios para un error dado. El porcentaje de cambio de error para mover la salida a lo maximo de la escala, es regularmente llamado banda proporcional (BP) para procesos de ingenieria. La ganancia entre la ganancia K y la banda proporcional es inversa:

Kc = 100 / BPdonde BP esta dado en porcentaje.

En otras palabras podemos decir que con el control proporcional toma la accidn correctiva de manera que sea proporcional al error. Expresado matematicamente f m=Kp e (2.26)

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donde:I m es un cambio de la variable manipulada (la cantidad que se varia para obtener la correccion). kp es la ganancia de control proporcional. e es el error 6 serial actuante.

Una caracteristica importante de la action de control proportional se revela en la ecuacion (2.26). Ya que si se necesitara una correccion sostenida (debida a una perturbacidn sostenida que actue sobrc el sistema), exist! ra un error correspondienle en el estado estable, es decir, e«= !mcc / Kp

Action de control proporcional

Para una action de control proporcional, la relation entre la salida del controlador m( t) v la serial de error actuante e( t) es:

m(r; = Kp e(f)en magnitudes de transformada de Laplace:

M(s)= Kp

E(s)donde:

Kp se denomina sensibilidad proporcional o ganancia (que depende del sistema).Cualquiera que sea el mccanismo en si y sea cual fuere la potencia que lo alimenta, cl control proporcional

esencialmente es un amplifrcador con ganancia ajustable.

En la figura 2.14 se puede ver un diagrama a bloques de este control.

Figura 2.14

Los controles proporcionales usan el principle de la retroalimentacion negativa en si mismos, como por ejemplo:• Los controles neumaticos proporcionales (tipo fuerza-equilibrio).• Los controles proporcionales de un sistema de primer orden.• Los controles neumaticos proporcionales (tipo fuerza-equilibrio).• Los controles hidraulicos proporcionales.• Los controles electronicos proporcionales.

Ejemplo:

Un control eldctrico proporcional, es un amplificador que recibe una pequefia tension de serial y produce una tensidn de salida a un nivel de potencia mas elevado. En la figura 2.15 se obtiene un diagrama esquematico de este tipo de control, para este caso:

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Figure 5.24

e o = K (e i - e „ (R2 / Ri) , K (R2 / R| )» t

Asi, la funcion de transferencia G(s) de este control es:

E„(s) R,G(s) ---------- =------- = Kp

Ei (s) R2

Kp pare este case es la ganancia del control proporcional. Se puede ajustar la ganancia Kp modificando la relacidn de nesistencia (R, / R2 ) en el circuito de realimentacidn.

Mode de accidn integral

Cuando se desea eliminar el error permanente suele usarse la accidn integral, en este tipo de accidn la variacidn de la salida del controlador es proporcional a la integral del error con respecto al tiempo, lo cual podemos expresar matematicamente como:

tU(t) = ± 1/Ti Je(t) dt

o

en donde:U(t) = variacidn de la salida del controladorTi = constante de tiempo integral en minutes o segundos

La salida de un integrador puede ser diferente de cero aunque la serial de entrada llegue a ser cero, esta caracteristica es aprovechada pare tracer que el controlador produzca una serial de correccion en estado permanente siendo el error igual a cero. Como la salida del controlador queda flotante, este tipo de control se le denomina control flotante y puede usarse en procesos dominados por el tiempo muerto. Normalmente este tipo de control puede originar oscilaciones peligrosas, por lo que generalmente se acompafia de accidn proporcional.

Aqui se trace una correccion que es proporcional al integral del error respecto al tiempo. Expresado matemi ticamente:

5m = Kj \ e dt .........(2.27)o bien

d5m-------- = Kjg ..... (2.28)

dt

donde:5m es un cambio de variable manipulada.

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K, es la ganancia del control integral. e es el error o la serial actuante.

La ecuacion (2.28) revela que la correccion se hace proporcional al error, de manera que el control integral continuant corrigiendose hasta que el error sea cero. Esta tendencia a eliminar cualquier error del sisteina en el estado estable, es el beneficio principal que se obtiene de la ecuacion de un control integral; tambien existe, dificultad de que el control integral tiende a sobrecorregir, produciendo por lo tanto una respuesta oscilatoria y en algunos casos la inestabilidad.

Accidn de control integral

En una accidn de control integral el valor de la salida del controlador m(t) varia proporcionalmente a la seflal del error actuante e(t), es dccir,

dm(t)------- = Kje(t)

dto bien:

donde Ki es una constante regulable.

La fiincidn transference de control integral es: M(s) Kj

E(s) SSi se duplica el valor e(t), el valor de m(t) varia dos voces mas rapido. Para un error actuante igual a cero, el

valor m(t) se mantiene estacionario. La accidn de control integral recibe a veccs el nombre de control de posicion. La figura siguiente muestra un diagrama de bloques de este control.

Modo de accidn derivative

El control derivative hace una correccion que es proporcional a la derivada del error respccto al tiempo.

de6m = Kd -----

dt

donde Kd es la ganancia del control derivative.

El control derivative es util porque responde a la rapidez del cambio del error y puede producir una correccion significativa antes de que la magnitud real del error sea grande. Por esta razdn, se dice que el control derivative se anticipa al error y de esta manera inicia una prematura correccion del error Sin embargo, a pesar de su utilidad, el control derivative no puede usarse solo porque no respondent a un error del estado estable. Por lo tanto, debe usarse en combinacion con otras acciones de control.

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Action dc control derivative

La action de control derivative agregada a un control proportional, brinda un medio de obtener control con alia sensibilidad. Una ventaja de usar action de control derivative corno ya se ha tnencionado, es el que responde a la velocidad de variation del error actuante y puede producir una correction significativa antes que el valor del error actuante sea excesivo. De este modo, el control derivativo se anticipa al error actuante, inicia una action correctiva temprana y tiende a aumentar la estabilidad del sistema.

Aunque el control derivativo no afecta directamente al error en estado de regimen, anade amortiguamiento al sistema por lo tanto, permite el uso de un valor de ganancia K mas elevado, lo que produce un mejoramiento en la exactitud del estado rdgimen.

Como el control derivativo actua con la velocidad de variation del error actuante, y no con el error actuante en si, como ya se menciono, este sistema no es usado solo y siempre se le usa en combination con action proportional e integral.

Modo de accidn proportional integral (PI)

Las ecuaciones de control proportional e integral pueden combinarse para producir una correction que es la suma de las contributiones individuals de los dos. Expresado matematicamente tenemos:

U(t) =

donde:U(t) = variacidn de la salida de control Kc = ganancia proportionalTi = constante de tiempo de action integral [min. 6 seg ] c(t) = error del sistema

Si un controlador fiiera de proceso con accion PI, se le aplica una serial constante de error “c” y la salida sera:

U(t) = Kc (e + (e(t) / Ti))

Notese que la salida asume inmediatamente un valor igual a Key que corresponde a la accion proportional, a dicho valor se le empieza a aumentar el termino correspondiente a la accion integral Kc (e(t) / Ti). Cuando ha transcurrido un tiempo igual a Ti, el termino de la action integral es igual al de la accion proportional. Se dice entonces que la accion integral ha repetido la action proportional, por esta razon, a Ti se le llama minutos por repetition 6 segundos por repetition.

La forma de control proportional integral, combina los efectos de las dos acciones para hacer que la respuesta del sistema a las perturbationes satisfaga los requerimientos tanto de velocidad como estabilidad y evitar un gran sobrepaso inicial, mientras que la accion integral tiene como fin limitar el error estatico. La necesidad de anadir accion integral depende de la naturaleza del proceso y de la exactitud de control deseada.

Esta ecuacion la podemos expresar tambien de la siguiente forma matematica

8m = Kp e + Ki \ e dt (2.29)

La ecuacion definida es un “remedio” para ciertas “enfermedades" de los sistemas de control.

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Accidn dc control proporcional c integral

La accidn de control proporcional e integral queda defmida por la siguiente ecuacion:

Kp tm(t) = Kp e(t) +----- | e(t) dt

t; o

o la funcidn de transfcrencia del control es:

donde:

M(s) 1------ --- Kp (1 +— )

E(s) Tis

Kp represents la sensibilidad proporcional o ganancia. Ti el tiempo integral.

Tanto Kp como Ti son regulables. El tiempo integral regula la accion de control integral, mientras una modificacion en Kp afecta tanto la parte integral como la proporcional de la accidn de control. A la inversa del tiempo integral Ti se le llama frecuencia de reposicion. La frecuencia de reposicion es el numero de veccs por minuto que se duplica la parte proporcional de la accidn de control. La frecuencia de repeticion se mide en tdrminos dc rcpeticiones por minuto. La figura 2.16 mucstra un diagrams de bloques de un control proporcional e integral.

+ E(s) Kp (1 + Tis) Tis

M(s)->

Figura 2.16

Si la serial de error actuante e(t) es una funcidn escalon unitario como se ve en la figura 2.17, la salida del control m(l) pasa a ser la indicada en la figura 2.18.

Figura 2.17 Figura 2.18

Mode dc accidn proporcional derivative (PD)

La accidn de control PD combina las acciones proportionates y derivativa, representada por la siguiente ecuacidn:

U(t) = ± Kc [ e(t) + Td deft) / dt ]

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donde:U(t) = variation de la salida de control Kc = ganancia proportional Td = tiempo derivative (minutes 6 segundos) e(t) = serial de error del sistema

Si a un controlador se le aplica fuera de linea una serial de error en forma de rampa de pendiente A, su salida vendra dada por:

U(t) = Kc (At + Td A)

En la siguiente figure se dan las ftmeiones e(t) y U(t)

El salto initial se debe a la accidn tomada por la parte derivativa y la pendiente es Kc veces la pendiente de la entrada. Observese que la salida se parece a la action que tomaria un controlador proportional solo si un error en rampa empezara Td unidades de tiempo antes; por esta razon, a la action derivativa se le llama anticipatoria.

El controlador PD tiene menos aplicaciones que el modo PI pues no siempre la action derivativa mejora la respuesta del proceso. La accidn derivativa produce un gran efecto estabilizador, permitiendo que se use un valor mayor de ganancia, lo cual redunda en un valor menor de error estatico final.

La anterior ecuacion queda tambidn definida por:

de(t)m(t) = Kp e(t) + Kp Td------

dt

m = A

U(t)

en donde la funcion de transferencia pare su analisis a bloques es:

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donde:

M(s)— = Kp (1 + Tds)E(s)

Kp = es la sensibilidad proporcional Td = es el tiempo derivative

Tanto Kp como Td son regulables. La accion de control derivative a veces denominada control de velocidad, es cuando el valor de salida del control es proporcional a la velocidad de variation de la senal del error actuante. El tiempo derivative Td es el intervalo de tiempo en el que la accidn de velocidad se adelanta al efecto de accion proporcional. La figura 2.19 presenta un diagrams de bloques de un control proporcional y derivative.

%E(s)

Kp(l + Tds)

M(s)

------------------------►

Figura 2.19

Si la serial de error actuante e(t) es una funcion rampa unitaria, como se ve en la figura 2.20, la salida de control m(t) es la que puede verse en la figura 2.21.

Rampa<Unitaria

Figura 2.20

(proportionalsolamentc)

Figura 2.21

Como puede verse en esta figura, la accion de control derivative tiene caracter de anticipation. Sin embargo, la accion derivativa nunca puede anticiparce a una accion que aim no ha tenido lugar.

Mientras la accion de control derivativa tiene la ventaja de set anticipadora, tiene la desventaja de que amplifies las sefiales de ruido y puede producir efecto de saturation en el accionador.

Hay que notar que nunca se puede tener una accion de control derivative sola porque este control es efectivo unicamente durante periodos transitorios.

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Consideremos el siguiente diagram de flujo de un sistem de control posicional quc utiliza acetones de control "derivative y proporcional”.

Td(s)

Con Td(s) = 0, la funcidn de transferencia de ciclo cerrado es:

60(s) G(s) Kp + K,

0,(s) 1 + G(s) I,2 + (b + IQ) S-l Kp

y la ccuacion caracteristica es:Is2 + (b + Kd)s + Kp = 0

de la cual puede verse que un efecto de la ecuacion de control derivative Cue aumentar el amortiguamiento del sistem.

Obtcncidn de accidn de control derivativo e integral

El principle bdsico para generar una accidn de control deseada, es insertar la inversa de la funcidn transferencia deseada en el paso de realimentacidn.

Para el sistem de la figure 2.22 la funcidn transferencia de lazo cerrado es:

4v-G(s)

H(s)

Figure 2.22

G(s) G(s)

H(s) 1 + G(s)H(s)

Si | G(s)H(s) I »1, entonces se puede modificar C(s) / R(s) aC(s)

R(s)

1

H(s)

Asi’ si se desea una accidn de control proporcional y derivativa, se inserta en el paso de realimentacidn un elemento como funcidn transferencia 1 / (T, + 1).

Obtencidn de accidn de control derivativo e integral en controles electronicos

Esencialmente se inserta un circuito adecuado en el camino de realimentacidn para generar la accidn de control deseada. Se obtienen las funciones de transferencia de los controles del siguiente modo: para el control que aparece en la figure 2.23.

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E„(s)------ = 1 + TjS

E,(s)

Figura 2.23 Control electronico proporcional y derivative

Ep(s) 1

Ei(s) RjCdS+1

Mode de accidn PID

El modo de control clasico continue PID o tambien conocido como controlador de tres modos, combina las tres acciones basicas: proporcional, integral y derivativa, tiene una salida dada por:

U(t) = ± Kc {e(t) + 1/Ti f e(t)dt + Td de(t)/dti'donde:

Kc = ganancia proporcional efectiva del controlador Ti = constante de tiempo integral de la accion integral Td = constante de tiempo de la accion derivativa e(t) = error del sistema

El termino Kc solo afecta al controlador durante un cambio en la magnitud del error. En estado estable, el valor de e(l) puede ser corregido solo por la accidn proporcional e integral, o sea, PI.

Analisis de sistemas de control en el dominio del tiempo

Puesto que el tiempo constituye una variable independiente de la mayor parte de los sistemas de control, rcsulta importante evaluar el estado y las respuestas de salida con respecto al tiempo, o simplemente, la respuesta en el tiempo. En el problema de analisis, se le aplica al sistema una seflal de entrada de referencia y el desempeflo del sistema se evalua estudiando su respuesta en el dominio del tiempo. Por ejemplo, si el objetivo del sistema de control es contar con una variable de salida que siga a la seflal de entrada empezando en alguna condition inicial, es necesario comparar la entrada y la respuesta de salida con funciones del tiempo. Por consiguiente, en la mayor parte de los problcmas de control, la evaluation final del desempeflo del sistema se basa en las respuestas del tiempo.

La respuesta en el tiempo de un sistema de control, casi siempre se divide en dos partes: la respuesta transitoria y la respuesta en estado estable. Si c(t) denota una respuesta al tiempo; entonces, en general, se puede expresar como:

donde:c(t) = c,(t) + c„(t)

Ct(t) = respuesta transitoria Cy(t) = respuesta en estado estable

(2.30)

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En los estudios dc sistemas y la teoria de las redes no se ha llegado a uniformar la defmicidn dc estado estable. En el analisis de redes, algunas veces resulta util definir el estado estable como una condition en la que la respuesta ha alcanzado un valor constante con respecto a la variable independiente. Sin embargo, en los estudios de sistemas de control, es mas apropiado definir el estado estable como una respuesta fija cuando el tiempo tiende a infinite. For consiguiente, una onda senoidal se considers como una respuesta en estado estable, pues su comportamiento es fijo para cualquier intervalo de tiempo, igual que cuando el tiempo tiende a infinite. De manera similar, la funcidn rampa c(t) = t, aunque aumenta con el tiempo, es una respuesta en estado estable.

La respuesta transitoria sc define como la parte de la respuesta que pasa a ccro cuando cl tiempo es muy grande. For lo tanto, c,(t) tiene la siguiente propiedad.

lim c,(t) = 0I—»oo

Tambien puede decidirsc que la respuesta en estado estable es la parte de la respuesta que queda despues de que ha dcsaparecido la transitoria.

Todos los sistemas de control exhiben un cierto grado de fendmenos transitorios antes dc alcanzar su estado estable. Puesto que la incrcia, la masa y la inductancia, no pueden evitarse por complete en los sistemas fisicos, las respuestas de los sistemas tipicos de control no pueden reaccionar en forma instantanea a los cambios repentinos de la entrada, y casi siempre aparecen respuestas transitorias. Por consiguiente, el control de la respuestas transitorias necesariamente es importante, pues es una parte significativa del comportamiento dinamico del sistema; antes dc alcanzar el estado estable, es necesario observar con cuidado la dcsviacidn entre la respuesta de salida y la entrada 6 de la respuesta deseada.

Tambidn es importante la respuesta en estado estable de un sistema de control, pues al compararla con la entrada, proporciona una indicatidn de la exactitud final del sistema. Si la respuesta en estado estable de la salida no concuerda con exactitud con el estado estable de la entrada, se dice que el sistema tiene un error en estado estable.

El estudio de un sistema de control en el dominio del tiempo, se basa esencialmentc en la evaluacion de las respuestas transitorias y en estado estable. En el problcma de disefto, las especificacioncs suelen darse en terminos del desempeAo transitorio y en estado estable, y los controladores sc disenan dc tal manera que el sistema disefiado cumpla con las especificacioncs.

SeAales de prueba tipicas para la respuesta en el tiempo dc los sistemas de control

A difercneia de muchos circuitos electronicos y sistemas dc comunicacion, las cxcilacioncs dc entrada a numerosos sistemas practices de control, no se conocen de antemano. En muchos casos, las entradas reales de un sistema de control pueden variar aleatoriamente con respecto al tiempo.

Cuando se analiza un sistema lineal e invariante con el tiempo en cuanto a su respuesta en el dominio de la ffecuencia, se usa una entrada senoidal de ffecuencia variable. Cuando la frecuencia de entrada sc barre desde cero hasta mas alia del intervalo significative de las caracteristicas del sistema, se pueden trazar curvas como fimeiones de la frecuencia en terminos de la relation de amplitudes y las fases de entrada. A partir de estas caracteristicas del dominio de la ffecuencia, es posible predecir el comportamiento del sistema en el dominio del tiempo.

Para facilitar el anilisis en el dominio del tiempo, se usan las siguientes seflales de prueba deterministicas:• Funcidn de entrada escalon.• Funcidn de entrada rampa.• Funcidn de entrada parabolica.

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Funcidn de entrada escaldn

La funcion de entrada escaldn, rcpresenta un cambio instantaneo de la variable de entrada de referenda. La representation matematica de una funcion escaldn es:

R t > 0r (t) =

0 t<0donde R cs una conslantc. O bicn,

r (t) = R u,(t)

donde u,(t) es la funcion de escaldn unitario. La funcion escaldn no se define para t = 0.

Ejemplo: Si la entrada es la position angular de una flecha mecanica, la entrada escaldn rcpresenta una rotation repentina de la flecha. La siguiente figura muestra la funcion escaldn con respecto al tiempo.

r(t)

R' -----------------------------

0 t

Funcidn de entrada rampa

En el caso de una funcidn rampa, se considera que la sefial tiene una variacidn constantc con respecto al tiempo. En terminos matematicos, una funcidn rampa se expresa como:

o simplemenle,

r (l) =Rt

0

t£ 0

t < 0

r (t) = Rt u,(t)

Ejemplo: Si la variable de entrada csta en forma de un desplazamiento angular de la flecha, la entrada rampa rcpresenta la rotation de la flecha a una velocidad constantc

r(t)

pendiente = R

Figura que muestra la funcidn rampa

50

Funcidn de cntrada parabolica

La representation matematica de una funcidn de cntrada parabolica es:

6 simplemente,

Rt2 t > 0r(t)= <

0 KO

r(t) = Rt2 us(t)

En la siguiente figura sc muestra la representation graftca de la funcidn parabolica

Estas senates de prueba tienen como caracteristica comun que se describcn con facilidad en terminos matematicos y de la funcidn escalon a la parabolica, se vuelven progresivamente mas rapidas con respecto al tiempo. La funcidn escalon unitario es muy util como sefial de prueba, pues su aumento initial instantaneo de amplitud, revela muchos datos sobre la velocidad de respuesta del sistema. Ademas, pucsto que esta funcidn tienc en un principle un espectro de ffecuencias muy amplio como resultado del salto o discontinuidad, esta sefial de prueba equivale a la aplicacion de muchas seiiales senoidalcs con un intervalo muy amplio de frecuencias.

La funcidn rampa tiene la caracteristica de probar el sistema con respecto a una variacion lineal en relation al tiempo. La funcidn parabolica es un grado mas rapida que la rampa.

Error en cstado estable

El error en un estado estable, es una medida de la exactitud del sistema cuando se aplica un tipo de cntrada especiftca. En un sistema practice, debido a la friccion con las otras imperfecciones y la naturaleza del propio sistema, cl estado estable de la respuesta de salida pocas veces concuerda exactamente con la cntrada de referenda. For consiguiente, los errores en estado estable en los sistemas de control son casi inevitables y uno de los objetivos del problema de diseflo, es mantener este error al minimo o por debajo de un cierto nivel tolerable.

En la practica, el tipo de error y la tolerancia relativa de los errores que aparecen en los sistemas de control, pueden variar en un intervalo muy amplio. El requisite de exactitud de los sistemas de control, depende en alto grado de los objetivos de control, ademas, los requisites de error de ciertos sistemas de control pueden ser en extremes estrictos.

Error en estado estable causado por elementos no lineales

La mayor parte de los errores en estado estable que aparecen en los sistemas de control se atribuyen a algunas caracteristicas no lineales como la friccion no lineal en las zonas muertas.

Ejemplo:

51

Si un amplificador dc un sistema de control tiene las caracteristicas de entrada-salida que se muestran en la figura siguiente, entonces, cuando la magnitud de la scflal de entrada es inferior a la de la zona muerta, la salida del amplificador sera cero y el control no sera capaz de corregir el error.

Salida

Entrada

En forma similar, la siguiente figura mucstra las caracteristicas de entrada-salida de un relevador que puede causar errores en cstado estable relacionados con el tamafio de la zona muerta.

Salida'1

-D 0 D " Entrada

Los componentes digitales que se usan en los sistemas de control como los microprocesadores, pueden generar salidas que solo asumen niveles cuantizados o discretos. Esta propiedad se ilustra por medio de las caracteristicas de cuantizacidn que se muestra en la figura 2.24 Cuando la entrada al cuantizador esta dentro de los limites dc ±q/2, la salida cs cero y el sistema puede generar un error cuya magnitud esta rclacionada con ±q/2. A este error se le llama tambien error de cuantizacidn. Cuando se trata del control de objetos fisicos, la friction es casi siempre inevitable.

Error en estado estable en los sistemas lineales

En general, los errores en estado estable de estos sistemas, dependen de la entrada y del tipo de sistema. En un sistema de control, cuando la entrada de referencia r(t) y la salida controlada c(t) son dimensionalmente iguales, por ejemplo un voltaje que controla a otro voltaje, una posicidn que controla a otra posicidn, etc., y estas seftales estan a un mismo nivel, la serial de error es simplemente

c(t) = r(t) - c(t) (2.31)

Sin embargo, algunas veces puede ser imposible o inconveniente proporcionar una entrada de referencia que este al mismo nivel, es decir, de la misma dimension de la variable controlada. Por ejemplo, puede ser necesario usar una fuente de bajo voltaje para el control de la salida de una fuente de potencia de alto voltaje; para un sistema de control de velocidad, resulta mas prictico usar una fuente de voltaje o una alimentation de position para controlar la velocidad de la flecha.

52

Salida'1

5q "

4q -

3q_

2q

q

-q/2 I-9q/2 -7q/2 -5q/2 -3q/2 0 q/2 3q/2 5q/2 7q/2 9q/2

-q

-2q

-3q

-4q

-5q

Entrada

Figura 2.24

En estas condiciones, la serial de error no puede definirse de mancra simple como la diferencia entre la entrada de referenda y la salida controlada, la Ecuacion (2.31) resulta inutil. Las scnales de entrada y de salida deben scr de la misma dimension y estar a un nivel semejante antes de restarse. For consiguiente. casi siempre se incorpora un elemento no unitario H(s) en el lazo de realimentacion como lo muestra la figura 2.25.

rft) -t AA eft) _ G(s)R(s) /V ^(s)

b(t)H(s)

B(s)

c(t)C(s)

Figura 2.25

El error de un sistema de control realimentado adimensional se define como

6e(t) = r(t) - b(t)

53

5(S) = R(s) - B(s) = R(s) - H(s) C(s)

For ejemplo, si se usa una referenda de 10 V para regular una fuente de voltaje de 100 V, H es una constante igual a 0.1. Cuando 1 voltaje de salida es exactamente 100 V, la serial de error es:

e(t) = 10-0.1 .100 = 0Ejemplo:

Considerese que el sistema mostrado en la figura anterior, muestra un sistema de control de veloddad, cn cl cual sc usa la cntrada r(t) como referenda para controlar la veloddad dc salida del sistema. Supdngase que c(t) denota el desplazamiento de salida. Entonces, se necesita un dispositive, como un tacometro, en el lazo de realimentacidn, de tal manera que H(s) = K,(s). De esta forma, el error de veloddad se define como

e(t) = r(t) - b(t)= r(t) - K, (dc(t)/dt)

El error es cero cuando la veloddad de salida dc(t)/dt es igual a r(t)/K,.

El error en estado estable de un sistema de control realimentado se define como el error cuando el tiempo tiende a infinito; esto es,

error en estado estable = e„ = lim e(0l->oc

Con respecto a la figura, la transformada de Laplace de la funcion del error es

Rfs)4(s) = (2.32)

1 + G(s)H(s)

Usando el teorema del valor final, el error en estado estable del sistema es

eM = lim (t)e(t) = lim s^(s) (2.33)t->oc s-v0

donde e(s) no debe tener polos situados en el eje imaginario y en el semipiano derecho del piano s. Sustituyendo la ecuacidn (2.32) en la ecuacion (2.33) sc obtiene

sR(s)e^ = lim-------------------- (2.34)

1 + G(s)H(s)

que demucstra que el error en estado estable, depende de la entrada de referenda R(s) y de la funddn de transference del lazo G(s)H(s).

Error en estado estable debido a una entrada escaldn

Si la entrada de referenda al sistema de control de la figura 2.25 es escaldn unitario con una magnitud R, la transformada de Laplace de la entrada es R/s. Y la ecuadon (2.34) adquiere la forma

sR(s)e^ = lim----------------- (2.35)

,—>0 1 + G(s)H(s)

54

R= lim---------------------

s—>o 1 + G(s)H(s)

R= -------------------------- (2.36)

1 + lim G(s)H(s),-»o

Por conveniencia, definimosKp = lim G(s)H(s)

s~>0

dondc Kp es la constante de error escalon. Entonces la ecuacion (2.36) se escribe como:

Re» = -----------------

1 +Kp

Para quo e» sea igual a cero en este tipo de entrada, Kp debe ser infmita. Si G(s)H(s) sc describe con la ecuacion (2.35), se aprecia que para que Kp sea infmita, j debe ser cuando menos igual a la unidad; esto es, G(s)H(s) debe tener cuando menos un integrator puro. Por consiguiente, podemos resumir el error cstable debido a una entrada escalon como:

Rsistema de tipo 0: e» = = constante

1 +KP

sistema tipo 1 (o mayor) c„ = 0

Error en estado cstable debido a una entrada rampa

Cuando la entrada al sistema de control de la figura 2.25 es:

r(t) = Rtu,(t)

dondc R es una constante, la transformada de Laplace de r(t) es

R (s) = R/s2 (2.37)

Sustituyendo la ecuacion (2.37) en la ecuacion (2.34), se obtiene

R Re,, = lim = (2.38)

s + sG(s)H(s) lim s G(s) H(s)»->o

Si definimosKv = lim s G(s) H(s) = constante de error de rampa

»-»o

la ecuacion (2.38) se transforma en

e» = R/K, (2.40)

(2.39)

55

Que es el error en estado estable cuando la entrada es una funcion rampa. En la figura 2.26 se mucstra un e« tipico debido a esta clase de entrada.

La ecuacion (2.40) indica que, para que un error sea cero cuando la entrada es una funcion rampa, Kv debe ser infmita. Usando las ecuaciones (2.35) y (2.39) se obtiene

Kv = lim s G(s) H(s) »-*o

Klim'"0 s'"1

j = 0, 1, 2,...

Figura 2.26

For consiguiente, para que K, sea infinita, j debe ser cuando menos igual a 2, o el sistema debe ser de tipo 2 o mayor. Se llega entonces a las siguientes conclusiones con rcspecto al error de estado estable de un sistema con entrada de rampa:

sistema tipo 0: sistema tipo 1: sistema tipo 2 (o mayor):

Error en estado estable debido a una entrada parabdlica

Cuando la entrada se describe como:

la transformada de Laplance de r(t) es:r(t) = (Rt2 / 2) u,(t)

R(s) = R / s3

e„ = ooe„ = R / Ky = constante e» = 0

El error en estado estable del sistema del diagrama de flujo de la figura 2.25 es:

e« = R/(lim s2 G(s) H(s)).-»o

Definiendo la constante de error a entrada parabolica como:

K. = lim s2G(s) H(s)i-i-O

cl error en estado estable es:eia = R/Kfl

Se establecen ahora las siguientes conclusiones con respecto al error en estado estable de un sistema con entrada parabolica:

56

sistema tipo 0: sistema tipo 1: sistema tipo 2: sistema tipo 3 (o mayor)

Como resumcn del analisis de errores, la siguiente tabla (tabla 2.3) incluye las relaciones entre las constantes de error, los tipos dc sistema y los tipos de entrada. Se usa como referencia la funcion de transference dc la ecuacion (2.35).

Convicne hacer notar que las constantes de error esealon, rampa y parabolica solo tienen importancia cn el analisis de errores cuando la sefial de entrada corresponde, respcctivamente, a cada una de cstas funciones.

Ademas, cl analisis del error en estado estable que se discute en cste ejemplo de aplicacion. se lleva a cabo aplicando el teorema del valor final a la funcion de error, que se define como la difcrencia entre la salida real y la sefial de salida deseada. En algunos casos, la sefial de error puede defmirsc como la difcrencia entre la salida y la entrada de referencia, sin importar que elemento de realimentacion sea o no unitario.

eM = R / K„ = constante e» = 0

Tipo de sistema

.i Kp Kv Ka

Entrada esealon

e,s= r/ (1+Kp)

Entrada rampa

e„ = R / Kv

Entrada parabolica e,, = R / Ka

0 K 0 0 e*= R/(l+K) Cm = OC e« = «1 OC K 0 e,, = 0 e,, = R / K e» = oc2 GC OC K e« = 0 e„ = 0 eM = R/K3 OC OC OC e,, = 0 e« = 0 ^ = 0

Tabla 2.3

Dcscmpcno de sistemas de control en el dominio del tiempo respuesta transitoria

La parte transitoria de la respuesta en el tiempo es la parte que tiende a cero a medida que el tiempo aumenta. Claro esta que la respuesta transitoria solo tiene significado cuando se trata de un sistema estable, pues en un sistema inestable, la respuesta no disminuye y esta fuera de control.

El desempefio transitorio de un sistema de control se caracteriza con el uso de una entrada esealon unitario. Los criterios tipicos que se usan para caracterizar la respuesta transitoria a una entrada esealon unitario son sobrepaso, tiempo de retardo, tiempo de subida y tiempo de asentamiento. La figura 2.27 ilustra la respuesta tipica a una entrada esealon unitario para un sistema lineal.

Los criterios citados se definen con respecto a esta respuesta .

• Sobrepaso maximo. El sobrepaso maxi mo se define como la maxima desviacion de la salida con respecto a la entrada durante el estado transitorio. La magnitud maxima del sobrepaso se usa tambien como medida de la estabilidad relativa del sistema. El sobrepaso maximo se suele representar como un porcentaje del valor final de la respuesta esealon unitario; esto es,

sobrepaso maximo% de sobrepaso miximo = X 100 (2.41)

valor final

• Tiempo de retardo. El tiempo de retardo Td se define como el tiempo que necesita para que la respuesta a entrada esealon unitario alcance el 50% de su valor final.

57

• Tiempo de subida. El tiempo de subida Tr se define como cl liempo necesario para que la respuesta a entrada escalon unitario aumentc desde el 10% hasta el 90% de su valor final. Algunas veces se usa una medida altemativa, que representa al tiempo de subida como el reciproco de la pendiente de la respuesta en el instante en que dicha respuesta cs igual al 50% de su valor final.

SobrepasontiximoEntrada escalon

unitario

Error en estado estable (t—hi)

Tiempo de subida Tiempo de

asentamiento

Figura 2.27 Respuesta tipica a entrada escalon de un sistema de control

• Tiempo de asentamiento. El tiempo de asentamiento T, se define como el tiempo necesario para que la respuesta a escalon unitario dccrczca y quede dentro del intcrvalo espccifico de porcentaje de su valor final, una cifra muy utilizada es del 5%.

Estas cuatro cantidadcs, proporcionan una medida di recta de las caracteristicas transitorias de la respuesta escalon unitario. Estos parametros son de facil mcdicidn cuando ya se cuenta con la grafica de la respuesta. Sin embargo, su determination analitica es dificil cxccpto en los casos simples.

Disefto de sistemas de control en el dominio del tiempo

El disefto en el dominio del tiempo se refiere a la utilization de las propiedades en el dominio del tiempo del sistema a ser diseftado. Las caracteristicas de un sistema en el dominio del tiempo, estan representadas por las respuestas transitoria y de estado estable cuando se aplican ciertas seflales de prueba. Dependiendo de los objetivos del disefto, estas sefiales de prueba suelen aplicarse en forma de la funcion escalon o rampa. Para una entrada de funcion escalon, se usan los conceptos de porcentaje de sobrepaso, tiempo de subida y tiempo de asentamiento, para evaluar el desempefto del sistema. El factor de amortiguamiento relativo y la frecuencia natural no amortiguada, pueden usarse en forma cualitativa para determinar la estabilidad relaliva del sistema.

58

Estas cantidades se definen de manera estricta y unica para sistemas de segundo ordcn. Para sistemas dc mayor orden, estos parametros solo resultan significativos, cuando hay un par de valorcs caracterislicos o de polos de la funcidn de transferencia de lazo cerrado que dominan a la respuesta dinamica del sistema. For consiguiente, para cl diseflo en el dominio del tiempo, los criterios suelen incluir el sobrepaso maximo como parametro de diseflo.

En general, la dinimica de un proceso controlado linealmente, puede representarse por medio de un diagrama a bloques como el de la figura 2.28. El objetivo de diseflo, es contar con las variables controladas representadas por el vector de salida c(t), de tal manera que se comporten en la forma deseada. El problema implica la determination de la seflal de control u(t) en el intcrvalo prescrito para satisfacer los objetivos del diseflo.

La mayor parte de los metodos de diseflo de los sistemas de control, se basan en lo que se llama diseflo de configuration fija, en el que el diseftador decide desde un principio la composition bisica de todo el sistema, asi como la colocacidn del controlador en rclacion con la posicidn de los componentes del proceso controlado. Con esto, el problema consiste en diseflar los elementos del controlador.

u(t)

Vector de control

Proceso controlador Gp ____________ c(t)

Variables controladas (vector de salida)

Figura 2.28

Existen varias configuraciones de sistemas entre las cuales encontramos a las mas comuncs con controlador dc compensacidn, como son cuando el controlador se coloca en serie con el proceso y a la configuracion se le llama compensacidn en serie o en cascada. Cuando el controlador se coloca en la trayectoria secundaria de realimentacion, esta configuracion recibe el nombre de compensacidn de realimcntacidn. Cuando un sistema genera la seflal de control realimentando las variables de estado por medio de ganancias constantes, a esta configuracion se le conoce como realimentacion del estado, el problema con este consiste en que para sistemas de ordcn superior, el gran numero de variables de estado involucradas requicre un gran numero de traductores para detectar la realimentacion. Esto quiere deeir que la aplicacion practica del sistema de control de realimentacion del estado, puede ser costosa. Aim en el caso de sistemas de bajo orden, es posible que no todas las variables de estado scan directamente accesibles y pueda requerirsc un observador para estimar en la practica, las variables de estado a partir de las variables de salida.

Diseflo del controlador PID en el dominio del tiempo

Uno de los controladores mis comunes en la practica es el controlador PID. La funcidn de transferencia de un controlador PID puede expresarse como:

Gc(s) = KP+ KD s + (K, / s)

El problema de diseflo consiste en determinar los valores de las constantes KP, KD y Kt, de tal manera que describan el desempefto del sistema.

Algoritmos del control digital PID

Aigoritmo de posicidn

La ley de control para un controlador PID en el caso continuo, es la suma de los terminos proporcional. integral y derivative, y se representa como sigue:

V(l) = Kc [ e(t) + 1/Ti f e(t)dt + Td de(t)/dl] + M

59

Donde M es conocido como “Reset manual" para procesos de ingenieria, sustituyendo cada termino por su aproximacidn digital6 7, nos queda.

Vn = Kc e,, + Ki Z e, Ts + Kd ((e* -en.,)/ Ts) + Vmi-0

Donde:Vn = es el valor de position promedio “Offset”.Kc = es la ganancia del sistcma o ganancia proportional.Ki = cs la constante de ganancia integral, que es igual a Kc/Ti.Kd = es el producto de KcTd.Ts = a el intervalo de tiempo de muestreo que es igual a T„ - T„.i.

Esta es la ecuacidn del algoritmo de position, donde Vn es el valor torregido de la position que el elemento final de control (actuador) que debe tener para que se reduzca la magnitud del error existente. Este algoritmo requiere que se calcule el valor complete de la position del actuador en cada paso de muestreo.

Algoritmo de velocidad

Otra forma de algoritmo PID es el llamado algoritmo incremental o de velocidad, que es el mas aceptado en la practica; este se obtiene de la substraccidn de dos valores sucesivos de V, esto es Vn - Vn., ,

n-1Vn.i = Kc Cn-! + Ki z e, Ts + Kd ((Cn_, - en-2) / Ts)

i-0

Substrayendo el algoritmo de velocidad con el de posicidn tenemos".

V„ - Vn.| = AV„ = Kc(en -en.,) + KienTs + Kd/Ts (e„ - 2e„.i + en.:)

En ambos algoritmos el tdrmino integral fue sustituido por el mdtodo de aproximacidn rectangular1.

Para una aproximacidn mis exacta, se sustituye el tdrmino integral por el metodo de la aproximacidn trapezoidal en la ecuacidn del algoritmo de posicidn8:

Vn = Kc e„ + Ki Z ((e, + Ci.,)/ 2) Ts + Kd ((e„ -e,.,)/ Ts)i-0

Resolviendo para la ecuacidn anterior para Vn_, :n-l

Vn., = Kc Cn., + Ki z ((Cj + e,.,) / 2) Ts + Kd ((Cn., - e^i) / Ts)i-0

Realizando la operation V„ - Vn., tenemos:Vn - Vn., = AV„

AV„ = Kc(Cn -Cn ,) + Ki ((Cn + Cn.|)/ 2) Ts + (Kd / Ts) (Cn - 2Cn.| + Cn.2 )

Considerando que: e(t) = r(t) - y(t)

donde: e(t) = es el error entre la variable de referenda. r(t) = es el (“Set point”). y(t) = es la variable controlada.V(t) = es la variable de control.

6 Ver la realization de los cilculos en el anexo C7 Ver los procedimientos en el anexo C8 Ver los procedimientos en el anexo C

60

en terminos de datos muestreados, para un periodo de muestreo Ts 6 T se tiene:

6k = e(kT)Vk = V(kT) rk = r(kT) yk = y(kT)

donde k es un entero, k = 1, 2, 3,...

Si se sustituye Ck = rk - yk en la ecuacion de AVn y suponiendo que rk = rk., = rk.2.. . se tiene:

AVk = kc (yk-i - yk) + ki Ts ((rk - yk., + yk) / 2) + (kd /Ts) (2yk., - yk.2 - >'k)

simplificando la ecuacion, obtendremos:

AVk = kp (yk.i - yk) + ki (rk - yk) + kd (2yk., -yk.2 - yk)donde: kp = kc - ki / 2

ki = kc Ts / Ti kd = kc Td / Ts

La suposicion que rk = rk., = rk.2 etc., no es estrictamente correcta, sin embargo, tiene cl efecto de eliminar los cambios bruscos que sc produciran en el valor de la accibn de control, debido a la accion derivativa, cuando se cambie el valor de referenda.

A nivel de lazo de control, esta suposicion transforma el lazo de control original en el de las ties acciones de control que actuan sobre el error.

Proceso

Diagrama a bloques de un controlador P1D

En una representacibn en la que las acciones proporcional y derivativa forman un lazo menor en el diagrama a bloques del sistema de control, en este unicamente se conserva la accibn integral en el lazo principal.

Por lo tanto, la simplification obtenida, no puede emplearse si no se incluye la action integral en el mismo. La ecuacion AVk es comunmente la usada como algoritmo de control digital en su forma incremental o de vclocidad.

61

Controlador PID suponiendo c = cte

Mdtodos de entonacidn dc controladorcs

Una de las altemativas para aumentar la product!vidad de los procesos y la calidad de los productos que menor inversion requieren y de aplicacion inniediata, es el procurar que los sistemas de control de los procesos tengan los ajustes de entonamiento adecuados al tipo de proceso, condiciones de operacidn y tipo de instrumentacion utilizada.

La determinacidn de los parAmetros de entonamiento o sintonizacidn de los sistemas de control, es uno de los aspectos mis importantes, aunque menos conocidos y practicados del control automatico.

Los mdtodos que se pueden utilizar para determinar los parametros de entonamiento de los sistemas de control, se dividen en dos categorias principales.1. Metodos en linea o en cincuito cerrado.2. Mdtodos fuera de linea o en circuito abicrto

De los mdtodos anteriores, los de circuito abierto tienen grandes ventajas por la facilidad con que se puede obtener la informacidn experimental necesaria para identificar el proceso.

La identiftcacidn que se hace con los metodos de circuito abierto, consiste en aproximar la curva de respuesta del proceso a la respuesta de un sistema de primer orden puro o con retraso. Una vez identificado el proceso, estos metodos proponen tecnicas para ajustar los parametros del controlador y asi la respuesta deseada.

Los metodos en linea, que fiieron los primeros en ser desarrollados, implican la interaction del controlador con el proceso y la posterior identiftcacidn del patrdn de respuesta obtenido. En este caso, se entiende como proceso al proceso mismo y a todos los demAs constituyentes del sistema de control, con excepcidn del controlador, esto garantiza que se consideren todos los factores que afectan la operacidn del control y por ende nos den los ajustes mis adecuados.

Reglas de Ziegler y Nichols para controladorcs PID continues

Ziegler y Nichols desarrollaron sus reglas de ajuste para dos formatos diferentes:

a) Metodo de la respuesta transitoria. Este metodo se utiliza para sistemas sobreamortiguados ( sistemas cuya respuesta al escaldn no presenta oscilaciones). En este metodo los dos parametros son R y L, donde R es el valor de la pendiente de la recta tangente de mayor pendiente que sea posible trazar sobre la curva de la respuesta al escaldn unitario del proceso y L es el tiempo en el cual la recta tangente craza el eje del tiempo.

62

Las formulas de ajuste dadas por Ziegler y Nichols, en base a un controlador PID (ecuacion del PID), se muestran en la siguiente tabla para el metodo de la respuesta transitoria.

Controlador Parametros dc controlKc 1 / Ti Td

P 1 /RLPI 0.9 / RL 0.3 ZL

' PID 1.2/RL 0.5 ZL 0.5L

b) En el metodo de la ganancia limite, los dos parametros que se utilizan son Ku y Tu. Dondc Ku cs la ganancia de un controlador proporcional que lleva al proceso al limite de su estabilidad y Tu es el pcriodo dc la oscilacidn resultante.

Las formulas de ajuste dadas por Ziegler y Nichols, en base .a un controlador PID (ecuacion del PID), se muestran en la siguiente tabla para el mdtodo de la ganancia limite.

Controlador Parametros dc controlKc 1 / Ti Td

P 0.5KuPI 0.45 Ku 1.2/Tu

PID 0.6 Ku 2/Tu Tu/8

Las reglas anteriorcs fueron derivadas por una busqueda de los parametros de control que proporcionarian un adecuado amortiguamiento del modo de oscilacidn dominante en un circuito cerrado y un valor razonablemente pequedo de la integral del valor absolute del error para una entrada escalon. Las reglas son fundamcntalmente empiricas mas que teoricas.

Reglas de Takahashi, Chan y Auslander para controladores PID discretes

Takahashi, Chan y Auslander propusieron un conjunto de reglas que utilizan los dos metodos propuestos por Ziegler y Nichols para el controlador PID es continue, a fin de determinar valores aceptables para Kp, Ki y Kd. La siguiente tabla muestra los valores propuestos por Takahashi y otros para el ajuste de los parametros del controlador PID discrete

Las reglas de ajuste se derivaron para sistemas lineales, pern la mayoria de los sistemas reales contienen algun grado de no linealidad, asi que es de interes practice observar que tambien trabajan estas ganancias con sistemas reales.

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Kp Ki Kdp 1 / R(L + T)PI ( 0.9 / R(L + T)) - (AKi) 0.27T / (R(L + (T / 2))2)

Excepto si L / T -> 0PID ( 1.2/ R(L + T)) - (AKi) 0.6T / (R(L + (T / 2))2) 0.6 / RT *

Excepto si L / T -> 0

* Si L / T = 0, 1,2, entero, se usa 0.5 / RT.

Para el metodo de la respuesta transitoria, los valores de Kp y Ki para el controlador PI son sumamente elevados cuando L / T tiende a cero, por lo quo no se recomienda su uso.

Takahashi y otros, muestran que el valor de Ki para el metodo de la ganancia limite dado en la siguiente tabla, es bastante alto cuando L = T/4 y por tanto, se recomienda una reduction en Ki cuando esta condicidn sc prescnta. Por otra parte, el metodo de la ganancia limite proporciona mejones resultados que el de la respuesta transitoria cuando L / T -» 0. En el rango 0.5 5 L / T, los dos metodos proporcionan resultados similares.

Kp Ki Kd

P Ku/2PI 0.45Ku - A Ki 0.54 (Ku / Tu) T

Se decrece el valor si L = T/4PID 0.6Ku - A Ki (1.2KuT)/Tu (3/40) (KuTu / T)

No se recomienda si L / T = A

Para el controlador PID, en el caso de la respuesta transitoria, el valor de Kd que se recomienda utilizar es de 0.5/RT cuando el valor de L / T este cercano a un numero entero. En el caso del metodo de ajuste de ganancia limite, las reglas propuestas son aceptables para el rango L / T > 0.5. Aun cuando las reglas proporcionan resultados mas o menos aceptables en el limite L / T —► 0, no son nunca recomendables cuando L/T = ‘A.

64

MICROCONTROLADOR

Definicion

Un Microcontrolador es todo un “sistema minimo” dentro de un solo dispositive, lo cual ofrece un gran panorama hacia el mundo de la compatibilidad. Este dispositive contiene:

• Un CPU (basado principalmente en un microprocesador de 4, 8 6 16 bits.• Puertos paralelos de entrada y salida.• Timers.• Contadores.• Memorias.• Convertidores A/D (Analdgico-Digital).• Convertidores D/A (Digital-Analogico).

El microcontrolador esta encaminado bdsicamente, hacia aplicaciones concretas en donde el espacio y el numero de componcntes es minimo, ademis, los cambios o aplicaciones futuras del sistema son casi nulas.

Un microcontrolador puede ser utilizado con un numero minimo de componcntes de trabajos especificos y en un amplio rango de aplicaciones.

Aspectos Generates

Dentro de los tipos de microcontroladores de Intel se encuentran dos tipos, los de 8 y 16 bits• Dentro del primer tipo se encuentran dos generaciones:

- Primera generation de microcontroladores de 8 bits. Familia MCS48.- Generacidn avanzada de microcontroladores de 8 bits. Familia MCS51.

• El segundo tipo corresponde a los microcontroladores de 16 bits dedicados al control de procesos que exijan una gran velocidad de computation. Esta es la Familia MCS96.

Familia MCS51

Actualmente el techo de las caractedsticas de esta familia esta en:Memoria de programas = 32 KbytesMemoria RAM =512 bytesVelocidad de funcionamiento = 30 MHz

La arquitectura de esta familia esta optimizada para aplicaciones orientadas al control y procesos industriales en «tiempo real» de pequeha y mediana envergadura.

Dentro de la arquitectura 8051 se conocen tres modalidades:• La primera es la clasica 8X52/51 y 8XC52/C51, esta ultima fabricada con transistores MOS completamente

de bajo consume• La segunda corresponde a productos estandar para aplicaciones especificas (ASSP), a la que pertenecen los

tipos 8XC51FA / 8XC51FB / 8XC51FC, que tienen una arquitectura similar a la primera. pero con el bloque PCA (Programmable Counter Array), que aflade las siguientes caractedsticas:

Salida de alta velocidad Circuitos comparador/captura Modulador de anchura de pulso Perro guardian (watc-dog)

65

• La tercera contiene un nucleo dc circuito integrado para aplicaciones especificas (ASIC) que permite al usuario disc Aar «a medida» el dispositive adaptador de perifericos que necesite para su aplicacion.

Caracteristicas de los microcontroladores de la familia 51

La figura 2.29, muestran los diagrams generales en bloques del Microcontrolador 80C31.

PO.O-PO.7 P2.0-P2.7i- - - - -mimHiti-im-VCC ' I I Port 0 Drivers 11 Port 2 Drivers I

VSS —

3LPORTO PORT 2Latches Latches ROM /*■

□ri

STACKPOINTER

pcom| scorn tmod Icon

Jt2com| thq lid th!

1 til 1 sbuf ie ip

Intcrrup serial Port and Timer blocks

7--------

PROGRAMADDR

REGISTERNBUFFER

PCINCREMEN

TIER

PROGRAMCOUNTERN

z l* DPTRV

fU

Port 3 Latch

XTAL1

j Port 1 Drivers I

-1EF-- - - -Z

Port 3 Drivers

P1.0-P1.7 P3 .0 - P3.7

Figura 2.29

Dentro de los modelos de la familia de microcontroladores, se encuentran los 8XX2 y 8XX1 que presentan las siguientes diferencias basicas:

66

• 8032/31 ->Memoria de programs externa.• 8052/51 ->Memoria de programas interna en ROM.• 8752/51 ->Memoria de programas interna en EPROM.

Vcrsibn con ROM

Versibn sin ROM

Versibn con EPROM

ROMBytes

RAMBytes

16-bitTimers

Tccnologia

8051 8031 8751 4K 128 2....... ....HMOS8051 AH 8031 AH 8751H 4K 128 2....... ....HMOS8052AH 8032AH 8752BH 8K 256 3........ ....HMOS

80C51BH 80C31BH 87C51 4K 128 2........ ...CHMOS

Caracteristicas de los microcontroladores

Las caracteristicas generales del Microcontrolador 8051 son las siguientes:• CPU de 8 bits.• Procesador Boleano (operacidn sobre bits).• 4 puertos de 8 bits.• 128 bytes utiles para el usuario y 256 bytes incluyendo el SFR.• 4K para el 8X51.• Espacio de memoria de 64K para programa extemo.• Espacio de memoria de 64K para datos extemos.• Presenta dos Timers.• Comunicacibn asincrona full-duplex.• 5 fuentes de interrupciones con niveles de prioridad:

2 interrupciones extemas.3 interrupciones de los 2 Timers.1 interrupcion de la comunicacibn serie.

• Oscilador intemo.

Patillaje del microcontrolador

A continuation se da una breve identificacidn de los pines de los microcontroladores y el significado de cadapatilla.

• Vcc: Alimentation positiva de +5 voltios.• Vss: Conexibn a tierra (0 voltios).• PORTS o PUERTOS:

Los microcontroladores tienen 4 puertos de 8 bits bidireccionales (P0, PI, P2 y P3). Esto quiere decir que pueden programarse como entrada salida. Como salida los drivers del puerto P0 pueden soportar una cargabilidad, es decir, un numero de entradas aplicadas a sus pines de salida, de 8 cargas 1T L-LS, el resto de los puertos sblo admiten 4 cargas TTL-LS. Para que los puertos actuen como entradas de alta impedancia, es precise escribir en los latch de cada pin un nivel de tension alto (+5V), es decir un « 1 ». Ademas de este comportamiento como puertos de E/S para enviar o recibir informacion de los perifericos, estos estan capacitados para realizar las siguientes funciones:

Puerto 0 (P0):Multiplexa en el tiempo por sus 8 lineas la parte baja del bus de direcciones durante el acceso

a la memoria externa de programas, datos y el bus de datos

67

Puerto 1 (PI):El puerto 1 tambien recibe la parte baja de direcciones durante la programacion y verificacidn de la memoria EPROM.

Puerto 2 (P2):El puerto emite la parte alta del bus dc direcciones en los accesos de memoria externa (memoria de programa). Durante el acceso a la memoria de datos externa con direccionamiento de 8 bits (MOVX Ri), los pines del puerto 2 emiten el contenido del registro P2 del SRF (Special Function Register).

Puerto 3 (P3): Este puerto tiene otras funciones como se muestra en la siguiente tabla.

pines Funcidn alternativa

P3.0 RXD (Entrada puerto seric)P3.1 TXD (Salida puerto serie)P3.2 INTO (Intcrrupcidn 0. Externa)P3.3 INTI (Intcrrupcidn 1. Externa)P3.4 TO (Entrada externa. Timer 0)P3.5 T1 (Entrada externa. Timer 1)P3.6 WR (Autorizacidn escritura en memoria de datos externa)P3.7 RD (Autorizacidn lectura en memoria de datos externa)

Los dispositivos de entrada/salida por bit del micnocontrolador son bidireccionales y contienen un latch, un driver de salida y un buffer de entrada.

El puerto 0 y cl puerto 2, presentan una ldgica adicional formada por un conmutador que permite seleccionar bien la operacidn sobre el bus de direcciones/datos del microcontrolador, o bien, la entrada/salida de datos del periferico.

El puerto 0 puede adoptar el estado de alta impedancia (triestado) por la disposition de los transistores en estado de no conduction, mientras que en los otros tres puertos en estado de reposo, la salida toma el valor alto a travds de la resistencia de carga (pull-up) integrada. En cualquier caso, el latch memoriza la informacidn de entrada o salida. En la operacidn de la lectura, el latch debe de cargarse con un nivel alto (1) para que el transistor MOS inferior permanezca en estado de no conduction y de esta forma obtener la impedancia elevada de entrada antes referida.

• ALE/PROG:ALE (Address Latch Enable) es un pulso que emite el microcontrolador para enclavar el «byte bajo» del bus de direcciones en el acceso a la memoria externa. ALE se emite con una frecuencia de 1/6 de la frecuencia de emisor del reloj.PROG. Es la patilla de entrada de pulso de programacidn de la memoria EPROM.

• PSEN:PSEN (Program Store Enable), es la sefial de strobe para leer en la memoria de «programa

extema». La memoria externa tiene dos modalidades, de «programa» y de «datos». Para diferenciarlas, utiliza la seflal PSEN.PSEN no se activa cuando se estA ejecutando el programa de la ROM o EPROM interna. •

• EA/VPP:EA (External Access), cuando se mantiene a nivel alto, se ejecuta s61o el programa de la «ROM

intema» a menos que el contador del programa exceda de OFFF (4K) para el 8051. Si EA se

68

manticnc a nivel bajo, se cjecuta el programa de la «memoria extema», indcpendientcmenlc de la direction del programa.

Es decir: EA = 1 actua como microcontrolador EA = 0 actua como microprocesador.

• RXD (P3.0):Comunmente (segun modos) entrada del puerto serie.

• TXD (P3.1):Comunmente (segun modos) salida del puerto serie.

• INTO (P3.2):Entrada de la interruption externa 0.

• INTI (P3.3):Entrada de la interruption externa 1.

• TO (P3.4):Entrada externa del temporizador/contador (Timer 0).

• T1 (P3.5):Entrada externa del temporizador/contador (Timer 1).

• WR (P3.6):Serial de escritura para dispositivos extcmos

• RD (P3.7):Serial de lectura para dispositivos externos.

• XTAL1 y XTAL2:XTAL1 y XTAL2, son la entrada y salida, respectivamente, de un amplificador inversor que puede ser confrgurado para su uso como chip oscilador (figura 2.30). Se puede utilizar indistintamente un cristal de cuarzo o un resonador ccrtimico.

C21 11 1 _L

CUZDCl1 1 T1

XTAL2

XTAL1

VSS

Cl, C2 = 30pF +/- lOpF para cristalesCl, C2 = 40pF +/- lOpF para resonadores ceramicos

Figura 2.30

69

Serial externa de oscilador XTAL2

XTAL1

VSS

Figura 2.31

Para quo cl microcontrolador sea conducido por un reloj extemo, se debe conectar la entrada de reloj como se indica en la Figura 2.31.

• RESET:Serial de initialization del sistema. Un reset intemo al sistema se produce cuando se pone el pin RST = RESET a nivel alto durante un cierto tiempo.

Organizacidn de la memoria en el microcontrolador (hardware)

Los microcontroladores tienen separados los espacios de direcciones para memoria de programas y memoria de datos (figura 2.32).

Memoria de programs Memoria de datos(solo lectura) (lectura/escritura)

FFFFH FFFFH

Externa Externa ->

FFH Interna

EA = 0EA = 1<-0FFFH ->

Interna Externa

<-0000

PSENFigura 2.32

70

La memoria de programs solo puede ser leida, tiene como maximo 64K y cn memoria interna 4K.

La memoria de dates puede ocupar, si se desea, un espacio separado de la memoria dc programas.

La memoria de dates admite operaciones de lectura y escritura y, como se puede ver en la figura 2.1, puede ser interna o externa y puede direccionar como la memoria de programas hasta 64K.La CPU genera las seflales RD (read) y WR (write) para leer o escribir en la memoria de datos externa.

La memoria de program y la memoria de datos, pueden coexistir en el mismo espacio de dirccciones o en espacios separados como memoria combinada y memoria segregada. La memoria combinada se obtiene aplicando las seflales "RD yTSEN a una puerta logica AND y utilizando la salida de la puerta como strobe del chip de la memoria externa de programs y datos. En la Figura 2.33. se puede observar graficamente estos conceptos.

VS&OE ROM

OE RAM

WR RAM

VSSOE RAM

OE ROM

PSEN

WR RAM

Programa Datos

64K

Programa y datos

MEMORIA SEGREGADA MEMORIA COMBINADA

Figura 2.33

Memoria de programas

En la figura 2.34 se observa la division de la memoria de programs, segun se considere mixta (interna y externa) o completamente externa.

En la parte baja de la memoria de programs se encuentran ciertas posiciones de memoria especiales para el tratamiento de las nitinas de interrupciones. En la figura 2.35 se asignan las posiciones fijas de la vectorizacion de estas interrupciones, asi la position de memoria 0000 corresponde al RESET y el resto figura seflalado al margen.

71

z

Como puede obscrvarse en la figura 2.35, el intcrvalo fisico enlre dos interrupciones es de 8 bytes, espacio capaz para albergar una pequefia rutina, pero si este no fuera suficiente, se desviaria el contador del programa (PC) mediante una instruccibn de salto (IMP) a una zona amplia de la memoria de programas capaz de contener dicha rutina.

La memoria de programa puede ser interna (en el propio microcontrolador) o externa (en otro chip). La seleccibn se realiza por hardware, con la serial EA (External Acces), poniendo este pin a VCC o a VSS respcctivamente.

FFFFr

56K BYTES MEMORIA EXTERNA

200Ch

\

y4K

MEMORIAINTERNA

o bien ——

FFFF

0000

64K BYTES MEMORIA EXTERNA

Figura 2.34

--------------------- 0FFFH (en el caso de utilizarmemoria interna)

Flag que se activan---------------

TF2 Y EXF2 -> R1 YT1 ->

TF1 -4- IE 1 -4

TFO -* IE0 ->

RESET-t

Figura 2.35

La configuracion del Hard para el 8031, como microprocesador, ulilicc como memoria de programa la memoria externa, se muestra en la Figura 2.36.

002BH del TIMER 2 0023H PUERTO SERIE 001BH TIMER 1 0013H EXTERIOR 000BH TIMER 0 0003H EXTERIOR 0 0000H

72

EPROM

INSTR

74LS373

LATCH

> D1REC

P3 PSEN

Figura 2.36

Se observa en la figura que las 16 lineas de direccidn corrcsponden al pucrto 0 y al puerto 2, que cstan dedicados al bus de dircccioncs; aun mas, el puerto PO sirve como bus dc direccioncs y bus de datos, multiplexados en el tiempo. Esta operacidn, caractcristica de la familia de «micros» de Intel, se realiza de la forma siguicnte.

El puerto PO emite el «byte bajo» de la «palabra» del contador de programa (PCL). Una vez estabilizada la serial sobre PO, la sefial ALE (Address Latch Enable) introduce esta direccidn denlro del dispositive latch 74LS373, que pasa a apuntar la direccidn en la memoria externa de programas. Al mismo tiempo que el microcontrolador emite el PCL por PO, la parte alta del contador de programa (PCH) sc emite por P2. Entonces PSEN autoriza la lectura del microcontrolador del eddigo de instruccidn a traves del puerto PO.

Las secucncias dc busqueda/ejccucion son las mismas, sea la memoria dc programas interna o externa al microcontrolador, es decir, los tiempos de ejecucion no dependen de que se utilice la memoria externa o interna.

Memoria de datos

El 8051 puede direccionar hasta 64 Kbytes de memoria de datos externa. (La instruccidn «MOVX» se utiliza para acceder a los datos de la memoria externa).

La CPU genera las seAales de lectura (RD) y escritura (WR) que necesita la RAM externa.

Como se indica en la figura 2.37 la memoria externa se puede direccionar utilizando las lineas de E/S del puerto 2 a voluntad, en (uncidn de la cantidad de memoria a direccionar (Conceplo dc memoria paginada). Tambien se pueden utilizar 2 bytes dc direccioncs: byte bajo en el puerto 0, y byte alto en cl puerto 2, este es el sistema clasico que permite direccionar un mdximo de 64 Kbytes.

En la memoria de datos interna se puede acceder a un total de 256 bytes para el 8051 incluido el area de los registros especiales (SFR), combinando los bloques de memoria de 128 bytes con el direccionamiento.

ROM interna RAM

DATOS

EA — VccLATC

DIREC

Bits de

Figure 2.37

Area de dircccionamiento directo e indi recto

Los 128 bytes a los que puede accederdesde ambos direccionamientos, directo e indirecto, pueden ser divididos en tres segmentos (Figure 2.38).

30282018

10

08

00

2F27

BANCO 3 IF

BANCO 2 17

BANCO 1 OF

_____BANCO n_.—07

AREASCRATCH PAD

SEGUIMIENTO DIRECCIONABLE BIT A BIT

BANCO DE REGISTRO

Figure 2.38

• Banco de registros (Banco 0,1,2,3). Registros R0 a R7 por banco.Los registros se localizan desde la direccion 00H a 1FH (32 bytes), despues de la initiation del

microcontrolador, aplicando un nivcl alto al «pin» RESET, el banco operative por defecto es el banco 0. La selection de otro banco de registros debe hacerse por software escribiendo en el registro de estado PSW.

El reset inicia el Stack Pointer (SP) en la posmen 07H y se incrementa inmcdiatamente a la posmcn OSH, que es el primer registro RO del segundo banco de registros. Con el fin de usar mas de un banco de registros, el SP se pucdc inicializar en otra localizacidn de memoria.• Subarea direccionable bit a bit.

Esta area tiene una longitud de 16 bytes (segmento 20H a 2FH). Cada uno de los 128 bits de este segmcnto se puede direccionar directamente (00H a 7FH).

Los bits se pueden referir de dos formas difcrentes, por sus direcciones (bit 00H a bit 7FH) o por los bytes que lo conticnen (20H a 2FH). Esto es, los bits 0 al 7 pueden ser referidos como los bits 20.0 a 20.7 y del 8 al F como 21.0 a 21.7, etc.

Cada uno de los 16 bytes de este segmento puede ser tambien direccionado como byte.• Subarea Scratch Pat.

La memoria Scratch Pat se entiende como la memoria de un block de notas de rapido acccso, pero de escasa capacidad. Ocupa las posmcn 30H a 7FH. Es la memoria de trabajo (RAM) del usuario.

Area de registros o funciones especiales

La labia 2.4 mucstra los registros especiales, asi como sus direcciones.• ACC:

Acumulador: Es un registro de proposito general de los microcontroladores 8051 y, por su frecuencia de intervention, el mas importante. En la programacion de aplicacioncs en lenguaje ensamblador se hara referenda a el como REGISTRO A.

• B:Registro B: Esti especializado en las operaciones de multiplication v division, no obstante puede ser utilizado como un registro de propdsito general.

• PSW:Program Status Word: Contiene information de estado de la CPU en cada ciclo de instruction. El cuadro 2.5 muestra cl formato de la palabra de estado.

| PSW 1

b7 b6 b5 b4 b3 b2 bl bOC AC FO RSI RSO OV P

BIT NOMBRE Y COMENTARIObO Flag de paridad del Acumulador (ACC)

Si P= 1 entonces el niimcro de unos del ACC es inpar Si P-0 entonces el numero de unos del ACC es par

bl Flag disponible y definible por el usuariob2 OV . Flagde Overflow (sobrepasamiento)

b3-b4 RSO -RS1: Seleccibn del banco de registroRSI RSO BANCOS

0 0 Banco 0 (00-07H)0 1 Banco 1 (08-0FH)1 0 Banco 2 (10-17H)1 1 Banco 3 (18-1FH)

b5 FO: FlagO. De propbsito general Definible por el usuariob6 AC Flag Acarreo Amdliar. Operaciones en BDb7 C: Flag de Acarreo

Cuadro 2.5

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Simbolo Nombre Nombre Direccidn♦ACC Acumulador Acumulator OEOH

*B Registro B B Register OFOH♦PSW Palabra de estado

programaProgram Status Word ODOH

SP Puntero de la memoria de PILA

Stack Pointer 81H

DPTR Puntero dc datos Data Pointer 2 bytes ———

DPL Byte bajo Low byte 82HDPH B>le alto High byte 83H♦PO Puerto 0 PortO 80H♦PI Puerto l Port 1 90H*P2 Puerto 2 Port 2 OAOH*P3 Puerto 3 Port 3 OBOH♦IP Control prioridad

interrupcionesInterrupt priority control 0B8H

♦IE Control autorizacidn interrupciones

Interrupt Enable control 0A8H

TMOD Control modo tcmporizador/contador

Timc/contcr mode control 89H

♦ICON Controltemporizador/contador

Time/conter control 88H

THO Byte altotemporizador/contador 0

Time/conter 0 High byte 8CH

TLO Byte bajotemporizador/contador 0

Time/conter 0 Low byte 8AH

TH1 Byte altotemporizador/contador 1

Time/conter 1 High byte SDH

TL1 Byte bajotemporizador/contador 1

Time/conter 1 Low byte 8BH

♦SCOM Control comunicaciones serie

Serial control 98H

SBUF Buffer datos comunicaciones serie

Serial data buffer 99H

PCON Control consumo de potcncia

Power control 87H

Tabla 2.4

• = direccionable «bit a bit»

Nota: Los numero hexadecimales que, como cifra mas significativa tienen un cardcter alfabetico, en algunas ocasiones y para evitar equivocos, van precedidos de la cifra «cero» (0). •

• SP:Stack Pointer: Es un registro de 8 bits. Inicializando el microcontrolador por la operacidn reset, por defecto el SP se carga con la direccidn 07H (SP<-07). A1 ejecutar la primera instruccidn PUSH o CALL, el SP se carga con OSH, apuntando a dicha position de memoria. Ver figura 2.39

• DPL y DPH:Data Pointer: Su proposito principal es contener la direccidn del puntero de datos. Pueden ser manipulados como un registro de 16 bits (DPTR) o como dos registros independientes de 8 bits.

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• P0,Pl,P2yP3:Son los latchs de los puertos PO, PI, P2 y P3

• SBUF:Serial data buffer: Son dos registros buffer aparentemente separados, pero fisicamenle el mismo, buffer de transmisidn y buffer de recepcidn. A1 escribir un dato en SBUF, comienza a transmitirse por la linea correspondiente del puerto scrie acompartado por la seflal de rcloj. En el modo «recepcion», el dato que ingresa por la linea de entrada del puerto serie se registra en el buffer receptor (SBUF).

S.F.R.

PILA

BANCO REG1STRO 0

FF

807F

0807

00

STACK POINTER

Figure 2.39

• TH0-TL0, TH1-TL1:Timer Register: Son pares de registros de 16 bits que pueden actuar como temporizadores o contadores.

• PCON:Power Control Register: Pare aplicaciones en donde la caracteristica de consume sea critica, la version CHMOS ofrece dos modes de trabajo de bajo consume: el modo POWER DOWN y el IDLE. Tambien ofrece este registro, posibilidades de variar la velocidad de comunicacidn en el canal SERIE.

• TCON:Timer/conter Control Register: Este es un registro que controla fundamentalmente el modo de operacidn de los Timers 0 y 1 en relacidn con las interrupciones y los flancos de activation de la misma.

• TMOD.Timer/conter mode control register: Selections el Timer 0 y 1, el modo de operation (modo 0, 1 6 2), si actua como temporizador o como contador, etc.

• IE:Interrupt Enable Register: Es un registro para habilitar las interrupciones. Permite que se atiendan todas las interrupciones por el microcontrolador o solo las que el usuario considere aceptables.

• IP:Interrupt priority register: Cada interrupcidn puede programarse individualmente en el nivel 1 6 2 de prioridad, poniendo a 1 6 a 0 los bits de este registro, una interrupcidn de bajo nivel de prioridad se puede intemunpir por otra de nivel mis alto. Una interrupcidn de alto nivel de prioridad no puede ser interrumpida por otra interrupcidn de un nivel mas bajo.

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• SCON:Serial Port Control Register: Este registro se encarga de establecer los parametros para la transmision o recepcidn de datos en comunicacidn serie, igual si se trata de una transmisidn o recepcidn, formato de palabra (bit de star, bits de datos, bit de stop), velocidad, etc.

Operation reset

Conectado al «PIN» (9) de entrada RST=RESET se encuentra un Schmitt Tigger que va a propiciar la operacidn de inicializacidn de los dispositivos intemos del microcontrolador.

Un RESET se alcanza cuando se mantiene en el pin RST=RESET, un nivel logico alto al menos durante dos ciclos mdquina (24 periodos de reloj), mientras el oscilador esta funcionando. La CPU responde generando un RESET intemo.

La sefial externa de RESET es asincrona al reloj intemo. El pin RESET es muestreado durante la fase 2 del estado 5 de cada ciclo miquina. Los pines de los puertos mantendran sus actividades durante 19 periodos de reloj, despues de que el nivel logico del pin RESET haya sido detectado; esto es, durante 19 a 31 periodos de reloj, despuds de haber aplicado extemamente un nivel ldgico alto al pin RESET.

El algoritmo de RESET intemo escribe «ceros» en todos los registros del SFR, excepto en los latches de los puertos, el Stack Pointer y cl registro SBUF. Los latches de los puertos son inicializados a FFH (quedan programados para la lectura) el Stack Pointer a 07H y el SBUF es eliminado. En la tabla 2.6 se muestran los valores que toman los registros despuds de un RESET.

SFR Valor RESETPC 000HACC 00HB 00HPSW 00HSP 07HDPTR 000HIP XXX00000BTMOD 00HSBUF Indeterminado

PCON (HMOS) OXXXXXXXBTCON 00HTHO 00HTLO OOHTH1 00HTL1 OOHP0-P3 FFHIE 0XX00000BSCON OOHPCON (CHMOS) 0XXX0000B

Tabla 2.6

El RESET automatico del microcontrolador se produce al aplicar la tension de alimentacion VCC al pin RESET, a travds de un condensador de 10 microfaradios y una rcsistencia de 8.2KT2, procurando que el tiempo del flanco de subida de alimentacion no exceda de un milisegundo y el comienzo de los impulses del reloj no exceda de 10 milisegundos.

Programacidn del microcontrolador

Todos los modelos de la familia 51 ejecutan el mismo set de instrucciones. Estas instrucciones estan optimizadas para el control de aplicaciones en 8 bits. Estan provistas de una buena variedad de modos de direccionamiento para acceder a la memoria RAM de datos intemos del microcontrolador, facilitando operaciones del tipo byte sobre una pequefia estructura de datos. Permiten la manipulacidn directa de control y procesamiento booleano de estmeturas de datos del tamafio de un bit.

Los modos de direccionamiento y el set de instrucciones agrupadas son los siguientes:• Instrucciones aritmdUcas

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• Instruccioncs logicas.• Instruccioncs para la transferencia de datos en:

a) RAM interna.b) RAM externa.

• Instruccioncs para el tratamiento de tablas.• Instruccioncs booleanas• Instruccioncs de salto.

Modos de direccionamiento

Dircccionamiento directo

El operador se especifica en la instruccion por un campo de direccion de 8 bits. Solo la RAM interna de datos (primeros 128 bytes) y la zona de SFR se pueden dircccionar de esta forma.Ejemplo:

ADD A, 3BH ; es decir, suma (ADD) el contenido del acumulador con cl contcnido de la posicidn de memoria (3B) 9:

A <------------(A) + (3B)

Direccionamiento indirecto

La instruccion especifica de un registro que contiene la direccion del operando, tanto la memoria RAM interna como la externa se pueden dircccionar indirectamente. Los registros para dircccionar sobre el mapa de 8 bits pueden ser el RO y R1 del banco de registros seleccionado o el Stack Pointer.Ejemplo:

ADD A,@R0 ; Asi, si (RO) = 3BH la operation sera:A <--------- (A) + (3B)Igual que en el ejemplo anterior.(@) es el identificador del direccionamiento indirecto.

Direccionamiento por registro

Los microcontroladores contienen cuatro bancos de registros seleccionados por los 3 y 4 bits del PWD, y cada banco de registro tiene ocho registros del RO al R7. El propio codigo de operation de la instruction especifica con cual registro se opera; es decir, cuando la instruction es ejecutada se accede a uno de los 8 registros del banco seleccionado.Ejemplo:

MOV Rn,A Bytes: 1 Ciclos: 1

Codigo: 1111 1 r r roperacidn: (Rn) t------- (A)Dependiendo del registro implicado el codigo de instruccidn tomarti distintos valores. Asi:MOV Ro A--------- > 1111 1000B = F8HMOV R, A--------- > 1111 1001B = F9HMOV R2 A --------- > 1111 1010B = FAH

MOV R7 A ----------> 1111 1111B = FFH

9 Un registro o numero entre pardntesis se refiere al contenido. Asi:(A) es el contenido del acumulador(B) es el contenido de la position de memoria 3B

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Direccionamiento implicito

Algunas instrucciones especifican, implicitamente, el registro sobre el que van a operar, como el acumulador, el puntero de dates, etc. No necesitan especificar el operando porque estA implicito en el codigo de operacidn.

Ejemplo:INC A ; Increments el contenido del acumulador:

A<--------- (A) + 1INC DTPR; Incrementa puntero de datos:

DTPR 4------- (DTPR) + 1

Direccionamiento inmediato

A1 codigo de opcracidn le sigue una constante en la memoria de programas.Ejemplo:

MOV A, ##255 ; Carga en el acumulador el numero decimal 255

Generalmente se express en hexadecimal:Mov A, ##FFH

o en binario:MOV A, #1111111 IB

Direccionamiento indexado

Este direccionamiento sdlo es posible en la memoria de programas y solamente permite la lectura. Es utilizado para la lectura de tablas.

Ciclo de instrucciones

La ejecucion de instruccion comienza en el estado 1 del ciclo mAquina, cuando el codigo de opcracidn es almacenado en el registro de instruccidn.

Como norma general, una instruccidn requiere de uno o mis ciclos mAquina, en funcion de:a) El cddigo de operacidn.b) El numero de bytes.

Tipos de instrucciones

El set de instrucciones se puede dividir segun las especialidades:• Instrucciones aritmeticas.• Instrucciones Idgicas.• Instrucciones de transferencia de datos.• Instrucciones booleanas.• Instrucciones de salto.

Las instrucciones aritmeticas, Idgicas, de transferencia y de salto, son comunes a la mayoria de microprocesadores. Los microcontroladores tienen una Area especial de aplicacidn que es el Area del control de procesos; en este campo las operaciones estAn orientadas, muy a menudo, al bit. Los microcontroladores leen, procesan, escriben e intercambian informacion con los sistemas exteriores, en formato «bit a bit» o «palabra a palabra». Un procesador booleano con un set de instrucciones booleanas muy complete, se

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encarga de realizar este tipo de operaciones que estan «orientadas al bit». Esta particularidad, asi como su inmunidad al ruido electrico, lc hacen valioso en el mundo del control de procesos industrialcs.

Modos de direccionamiento. Segun los direccionamientos una instruccidn puedc tener hasta cuatro cddigos de operacidn y operandos distintos. Esta situacion se resuelve utilizando la palabra <byte>, que tomari el siguiente sigmficado de acuerdo a la siguiente tabla.

En la tabla simplificada

Segun el modo de direccionamiento

Significado

<byte> dired Direccionamiento directo. Se refiere a una posmen.<b}te> @Ri Direccionamiento indirecto a travds del registro R0 y RlI Ri Direccionamiento por registro.<byte> #data Direccionamiento imnediato. Constantc de 8 o 16 bits

En las tablas simplificadas tambien se indica el posible flag (C = Carry, OV = Overflow, AC = Auxiliar Carry) afectado por la instruccidn segun el siguiente cddigo:No es afectado..................... j~J

Si es afectado....................... [x] (lo pone a 1 6 a 0)

Afectado ponidndolo a.........I 0 I

Afectado ponidndolo a.........[jD

En algunas tablas no son afectados los flags y esto se indica con un mensaje en la parte inferior de las mismas.

Los tiempos de ejecucidn se ban tornado utilizando como referenda una frecuencia de reloj de 12 Mhz.

Instrucciones aritmdtkas

En la tabla siguiente se muestra el menu de las instructiones aritmdticas. Se indican en la tabla los modos de direccionamiento que permite la instruccidn y los flags afectados.

Los tiempos de ejecuddn que se indican en la tabla estin evaluados sobre una frecuencia de reloj de 12 Mhz.

Ncmdnico Operacidn Modo < edirec. Tiempo de Flag afectadosDir Ind Reg Imm ejecucidn (us) C OV AC

ADD A, <byte> A = A + <byte> X X X X 1 X X XADDC A, <byte> A = A + <byte> + C X X X X 1 X X XSUBB A, <byte> A = A - <byte> - C X X X X 1 X X XINC A A= A + 1 Acumulator only 1INC <byte> <byte> = <byte> + 1 X X X 1INC DPTR DPTR = DPTR + 1 Data Pointer only 2DEC A A= A-1 Acumulator only 1DEC <bytc> <byte> = <byte> -1 X X X 1MUL AB B:A = B X A ACC and Bonly 4 XDIV AB A= int [A/B] ACC and Bonly 4 X

B = Mod I A/B|DA A Decimal adjust Acumulator only 1 X

X = Si D = No

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AJ leer dicha tabla se observa que:

• Se puede incremental o decrementar un byte en la memoria de dates interna sin el concurso del acumulador.• Una de las instrucciones INC opera sobre los 16 bits del puntero de dates (DPTR).• La instruccidn MUL AB, multiplica el contenido del acumulador con el dato situado en el regislro B y el

producto en formato 16 bits, aparece en los registros Acumulador y B (sobrescribe a los operandos).• La instruccion DIV AB, divide el contenido del acumulador con el dato situado en B, apareciendo el

resultado, cociente, en el acumulador y el resto en el registro B.

Ejemplo:

DIV ABA = 5FH

B = OAH0101 1111

--------------- 1001 —►A0101 ->B

• La instruccidn DA A, ajusta el resultado en binario pure producido por las instrucciones ADD y ADDC a formato BCD. Esta instruccidn no convierte el contenido del acumulador en BCD, sino que hace el ajuste BCD de la suma (resultado), por lo tanto, esta instruccidn debe de ir inmediatamente despuds de la instruccidn ADD o ADDC.

Esta es, de forma simplificada, la operacidn que realiza:

Si { [(Aj^) > 9] OR • [(AC) = I)]}-entonces

(A3_o) <— (Aj_o) + 6

y si U(Am)>9] -OR-[(C)= !]}•entonces

(A7.4) <— (A?^) + 6

Instrucciones Idgicas

La tabla siguiente muestra la lista de instrucciones Idgicas y los modes de direccionamiento que permiten asi como los flags son afectados.

La traduccidn de ejecucidn de 1 0 2 microsegundos, cs sobre la base de una frecuencia de trabajo de 12 Mhz.

• Las primeras instrucciones corresponden a las opcraciones AND, OR, EXOR y NOT.

Ejemplo:<byte> = (3A) = 1001 0011

ANL <byte>, #3F #3F = 0011 11110001 0011 = 13H

(<byte> se refiere, en este caso, a una position de memoria).

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Nemonico Operation Modo de direc. Tienyode ejecudon (us)

Flag afectadosDill Ind Reg Iran C ov AC

ALN A,<t%1c> A = A AND.<bytc> X X X X 1

ANL <byte>, A <byte> = <byte>. AND.A X 1

ANL <byte>,#data <byte> = <byte>. AND# data X 2

ORL A,<b>te> A=AOR<byte> X X X X 1ORL <byte>A <b>te>=<byte>.OR. A X 1ORL <byte>,# data <byte> = <byte>.OR# data X 2

XRL A,<byte> A=AXOR<byte> X X X X 1XRL <fcyte>A <b>te> = <b>te>.XOR A X 1XRL <byte>, # data <byte> = <byte>XOR# data X 2

CRL A A = 00H Acumulator only 1

CPL A A- NOT. A Acumulator only 1

RL A Rotate ACC Left 1 bit Acumulator only 1

RLC A Rotate Left through Carry Acumulator only 1 XRR A Rotate ACC Righ 1 bit Acumulator only 1

RRC A Rotate Righ Trough Carry Acumulator only 1 XSWAP A Swap Nibbles in A Acumulator only 1

• Aparecen instrucciones de manipulation de la information, como las instmcciones de Rotacidn y de Intercambio (SWAP).

• Las instrucciones de rotation RL A y RR A, desplazan el acumulador 1 bit a la izquierda y derecha, respectivamente, sin afectar el bit de acarreo

b7 <-ACC-» bO

Ejemplo:Rotacidn a la izquierda (left)

(A) = 0C5H = 1100 010IB (antes de ejecutarla)RL A

(A) = 8BH = 1000 101 IB (despues) •

• Las instrucciones de rotacidn RLC A y RRC A, desplazan el contenido del acumulador implicando al bit de acarreo.

0 <—ACC-> b0

• La instruccidn SWAP A, intercambia los nibbles en el acumulador. Generalmcnte se utiliza en las manipulaciones en numeros BCD.

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Ejemplo:

SWAP A(A) = 3H = 0000 001 IB (antes de la operacidn)

A <— 0011 0000 (despuds)

Instrucciones de transferencia de dates

Se consideran tres modalidades, segun la transferencia que se real ice sobre:• La RAM interna.• La RAM externa.• La memoria de programs para el tratamiento de tablas.

Transferencia de dates sobre la RAM interna

En la siguiente labia se muestran las instrucciones disponibles para mover datos dentro de los espacios de memoria RAM interna, considerando los distintos direccionamientos para cada una de las instrucciones.

• La instruccidn MOV <dest>, <src>, permite transferir datos entre algunas de las dos RAM interna o el espacio de localizacidn del SFR. Este tipo de instruccidn permite la transferencia sin el concurso del acumulador.

<dest> = <destino><src> = <fuente>

Nemdnico Operacidn Modes de direccionamiento

Tiempo de ejecucidn (ps)

Dir Ind Reg 1mmMOV A, <src> A = <src> X X X X 1MOV <dest>, A <dcst> = A X X X X 1MOV <dest>, <src> <dest> = <src> X X X X 2MOV DPTR, # data 16 DPTR = 16 bit inmediate constant X 2PUSH <src> MOV <dest>, “@SP”: DEC SP X 2POP <dest> MOV <dest>, “(83SF’: DEC SP X 2XCH A, <byte> ACC and <byte> exchange data X X X 1XCHD A, 0,Ri ACC and (3) Ri exchange low nibbles X 1

No son afectados los flags □ -Si | | = No

Ejemplo:Antes de ejecutar la instruccidn:(3A) = 35H ; (3D) = 78H

MOVE 3AH, 3DHDespuds de ejecutarla:(3A) = 78H ; (3D) = 78H •

• La instruccidn MOV DPTR, # data 16 bits, permite transferir datos de 16 bits para inicializar el DPTR (Data Pointer = puntero de datos) en el tratamiento de tablas en la memoria de programas o para acceder a los datos de la memoria externa.

• La instruccidn PUSH <src>, actua incrementando el SP (Stack Pointer = puntero de la pila) y copidndolo dentro de la pila. La instruccidn POP <dest>, actua decrementando el SP y reponiendo el dato en su registro. La pila esta situada dentro de la RAM interna, por defecto en el banco de registros 1 (vease figura 2.39), pero puede posicionarse en el Area SCRATCH PAD.

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En resumen, estas son las operaciones quc realiza cl microcontrolador.

PUSH <src>• (SP) <- (SP) + 1• ((SP)) <- <src>

POP <dcst>• <dest> <- ((SP))• (SP) <- (SP) - 1

• La instruction XCH A, <byte>, intercambia los datos del acumulador y del byte direcrionado. La instruction XCHD A. @Ir, es similar a la anterior, pern solo implica en el intercambio el nibble bajo, es una instruction espccializada en la manipulacibn de datos en el codigo BCD.

Ejemplos:

XCH A, 2DH

Antes de ejecutar la instruccibn: (A) = 37Hy (2D) = 23H

Despuds de ejecutarla:(A) = 23H y (2D) = 37H

XCHD A, @R0

Antes de ejecutar la instruction:(RO) = 2DH y (2D) = 37H y (A) = 23H

Despuds de ejecutarla:(A) = 27H y (2D) = 33H

Transferencia de datos sob re la RAM externa

La tabla siguicnte, muestra la lista de instrucciones sobre transferencia de datos que acceden a la memoria de datos. Sdlo se puede utilizar el direccionamiento indirecto con este grupo de instrucciones.

Direccibncon

Nembnico Operacibn Ticmpo de ejecucibn (ps)

8 bits MOVX A, (%Ri Read external RAM (S>Ir 28 bits MOVX ®Ri, A Write estemal RAM (%Ri 216 bits MOVX A, (%DTPR Read external RAM (S)DPTR 216 bits MOVX (SJDTPR, A Write esternal RAM @DPTR 2

No son afectados los flags

Conviene observar que para este tipo de accesos, siempre interviene el acumulador como registro fuente o destine.

El usuario debe escoger entre el tipo de instruccibn MOVX A, @Ri 6 MOVX @Ri, A (siendo Ri, bien el registro RO 6 Rl del banco de registros seleccionado), direccionando con 8 bits, 6 bien utilizar un direccionamiento de 16 bits, usando el registro DPTR (MOVX A, @DPTR 6 MOVX @DPTR, A) y tener que sacrificar el puerto 2, cuando solo se va a utilizar un pequefto espacio de memoria RAM. Existe una solucidn intermedia que permite direccionar solamente unos pocos Kbytes de RAM externa, pero obteniendo algunas lineas habiles del puerto 2 como entradas y salidas (E/S).

Las lineas de control de lectura y escritura RD y WR (pines 16 y 17), solo son utilizadas cuando se ejecutan las instrucciones MOVX; si no se utiliza memoria RAM externa, es obvio que se ganarbn unas lineas extras E/S (Figure 2.37).

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Memoria de programas para cl tratamiento dc tablas

La siguiente tabla muestra las dos instrucciones disponibles para la lectura de tablas en el programa de memoria (independientemente del algoritmo que pueda crear el usuario con otras instrucciones). Observese que las tablas sdlo pueden ser leidas y no actualizadas. El nemonico es MOVC (Mover Constantc).

Nemdnico Operacidn Tiempo de ejecucidn (us)MOVC A, (o) A + DPTR Read Pgm Memory at (A + DTPR) 2MOVC a, m A + PC Read Pgm Memory at (A + PC) 2

No son afectados los flags

La primera instruccidn de la tabla permite la lectura en tablas con accesos no superiores a 256. El acceso deseado es cargado en el acumulador, en el Data Pointer (DPTR) y establece el puntero de comienzo de la tabla. La lectura es cargada dentro del registro acumulador.

MOVC A, @A+DPTR A ((A) + (DPTR))

La segunda instruccidn es similar a la primera, salvo que es el Program Counter (PC) el que actua como indicador de la direccion base de la tabla.

MOVC A, @A + PCPC <- (PC) + 1

A <- ((A) + (PC))

Se presenta esta instruccidn dentro de una subrutina, estando la tabla de informacion despues de la instruccidn de retomo de la subrutina (RET).

Instrucciones boolean as

La familia de microcontroladores 51 tiene un procesador booleano incluido en el chip.

Estos microcontroladores poseen dos areas que permiten el direccionamiento «bit a bit»: una corresponde al segmento de RAM interna de direccion comprendida entre la posmem 20 a 2FH, en total 128 bits y la otra corresponde a la primera columna del SFR10 que incluye los registros B, ACC, PSW, T2CON, IP, P3, IE, P2, SCON, PI, TCON y P0, de gran utilidad para el «testeo» de bits en los registros afectados.

El conjunto de instrucciones que permite este tipo de proceso, se encuentra en la tabla 2.7. Las instrucciones que aparecen en las tablas son: MOVE, SET, CLEAR, NOT. OR y AND.

Se observa cdmo en casi todas las instrucciones se hace referenda al flag Carry (C). Se podria decir que cumple todas las caracteristicas que tiene el acumulador en el procesamiento de palabras. El flag Carry se direcciona directamente dentro de la palabra de estado PSW, en la position «bit7».

b? bs bo

C F0

PSW

10 Tabla 4.1, pagina 49, Introduction a los microcontroladores, Hardware, software y aplicaciones. Josd Adolfo Gonzalez Vazquez, McGraw-Hill

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Nemdnico Operacidn Tiempo de ejccucidn (ps)

Flag afcctadosC OV AC

ANL C, bit C = C . AND . bit 2 XAML C, /bit C = C . AND . . NOT bit 2 XORL C, BIT C = C . OR . bit 2 XORL C, /bit C = C . OR . . NOT. Bit 2 XMOV C, bit C = bit l XMOV bit, C bit = C 2CLR C C = 0 1 0CLR bit bit = 0 1SETS C C= l l 1SETB bit bit = 1 lCLP C C = NOT.C 1 XCPL bit bit = NOT . bit 1JC rel Jump if C = 1 2JNC rel Jump if C = 0 2JB bit, rel Jump if bit = 1 2JNB bit, rel Jump if bit = 0 2JBC bit, rel Jump if bit = 1; CLR bit 2

X = Si □ =No

Tabla 2.7

Todos los bits del PSW son direccionables bit a bit, como todos los registros sefialados del SFR. Es importante reseflar la presencia del flag FO (b5 del PSW) de propdsito general, disponible como flag del usuario.

Secuencias de operacidn

JCrel• (PC) <- (PC) + 2• Si (C)=l

entonces(PC) <- (PC) + rel

Instrucciones de salto

Un programa es una secuencia de instrucciones que el Contador de Programa (PC) rompe en funcion de:a) Haber concluido la secuencia de instrucciones y salta a otra o recomienza la misma. Este es un Salto

Condicional.b) La palabra de Estado del Programa (PSW) o del estado de uno o mis bits de la entrada / salida de

perifericos Este es un salto Condicional.

Instruccidn de salto incondiciona!

La tabla 2.8 muestra la lista resumida de los saltos incondicionales. Aunque solo figure la instruction «JMP addr», de hecho hay tres tipos: SJMP, LIMP y AJMP, que difieren en el formate de la direction de salto.

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Nemonico Operacibn Tiempo de ejecucion (ns)JMP addr Jum to addr 2

JMP (5! A + DPTR Jum to A + DPTR 2CALL addr Call subroutine at addr 2

RET Return from subroutine 2RETI Return from interrupt 2NOP No operation 1

No son afectados los flagsTabla 2.8

SJMP rel: (short jump). La direccibn destine del salto viene dada por un «offset relativo», al igual que en las instrucciones de salto booleanas. La instruccibn tiene dos bytes, correspondientes al cbdigo de operacidn y al byte de offset relative. El range del salto esta limitado a -128 y +127 bytes relatives al primer byte siguiente a la instruccibn de salto.

PC <- (PC) + 2 PC <- (PC) + rel

LJMP addrl6: (long jump). La direccidn destino del salto viene dada por una constante de 16 bits. La instruccibn esta formada por 3 bytes, 1 byte para el cbdigo de operacibn y 2 para la direccibn del salto. Por lo tanto, la direccibn de destino esti ubicada dentro del area del 64K de la memoria de programa.

PC «- addrl6

AJMP addrl: (absolute jump). La direccibn destino del salto viene dada por una constante de 11 bits. La instruccibn tiene 2 bytes, uno para el cbdigo de operacibn, que tambien contiene en si misma 3 de los 11 bits de direcciones y otro byte que contiene los 8 bits bajos de la direccibn de destino. El cbdigo de la instruccibn y el operando es:

alO a9 a8 0 0 0 0 1Cbdigo de operacibn

a7 a6 a5 a4 | a3 a2 al aO Operando

Por lo tanto, el destino del salto tiene que estar comprendido dentro del bloque de los 2 Kbytes referenciado respecto a la siguiente instruccibn, la del salto.

PC <- (PC) + 2 PC <- direccibn de la pigina

En cualquier case, el programador especifica la direccibn de destino, bien como una etiqueta o como una direccibn constante de 16 bits, en el programa escrito en lenguaje ensamblador. Este se encarga de darle el destino en el formato correcto segun el cbdigo de operacibn. Si este formate no so porta la distancia del salto, apareceii un mensaje como este: «destination out of range», que nos previene del error.

JMP@A + DPTR: Se trata de una instruccibn de salto indirecto. Suma el byte contenido en el acumulador con los 16 bits del puntero de datos (DPTR) y carga el resultado de la suma en el contador de programa (PC). Esta serd la direccibn para la siguiente busqueda de la instruccibn.

La instruccibn CALL addr que tiene 2 formatos LCALL y ACALL, difieren en la forma en la que la CPU implementa la direccibn donde se encuentra la subrutina. CALL es el nombre generico con que el programador se refiere a estas instrucciones de salto y que se traduce «llamada » (generalmente suele producirse varias llamadas desde el programa principal, de ahi su interbs por el ahorro de memoria para la maquina y de trabajo para el programador aun subprograma (subrutina) que en si mismo, tiene su identidad para realizar una tarea defmida.

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LCALL addrl6: Utiliza un formato de 16 bits para direccionar la subrutina y esa area de direccionamiento es el maximo de 64 Kbytes de la memoria de programas

Secuencia de operaciones:• (PC)*-(PC)+ 3• (SP)*-(SP)+1• ((SP)) <- (PC,*)• (SP)*-(SP)+1• ((SP) <- (PC.S-8)• (PC) *-addr 15-0

ACALL addrll: Utiliza un formato de direccionamiento de 11 bits, por lo que la subrutina debe estar dcntro del area de los dos Kbytes, apartir de la siguiente instruccidn.

Secuencia de operaciones:• (PC)*-(PC)+ 2• (SP) *- (SP) + 1• ((SP))*-(PC,_o)• (SP) *- (SP) + 1• ((SP)*- (PC,5.8)• (PCKMi) *- direccidn de la pdgina

RET: Las subrutinas terminan su ejecucion con la instruccidn RET, que es la instruccidn que indica la vuelta al programa principal, justo en la direccidn de memoria de la instruccidn siguiente a la instruccidn CALL. Secuencia de operaciones:• (PC,«) *- ((SP))• (SP) *- (SP) -1• (PC,4) *- ((SP))• (SP) *- (SP) -1

Instruccioncs de salto condicional

La tabla siguiente muestra la lista de las instruccioncs de salto condicional. Estas instruccioncs son las que van a permitir al microcontrolador tomar decisiones (siguicndo secuencialmente una parte del programa u otra) ante una propuesta binaria, que en el lenguaje coloquial se contesta con una afirmacidn 0 negacion. La propuesta de bifurcation de la secuencia del programa, esta implicita dentro del codigo de operation y es el operando el que sefiala la direccidn del salto en el formato de «offscl relativo», por lo que la distancia del salto, esta limitada a -128 y +127 bytes rcferida a la instruccidn siguiente a la del salto conditional. Trabajando con el programa cnsamblador, es sufitiente sefialar con una etiqueta la direccidn del salto 0 con una constanle de 16 bits.

Ncmdnico OperacidnModes de

direccionamientoTiempo de ejecucidn

wFlag afectados

Dir Ind Reg Imm C ov ACJZ rel Jump if A = 0 Accumulator only 2JNZ rel Jump if A 0 0 Accumulator only 2DJNZ <bytc>, rel Decrement and

jump if not zeroX X 2

CJNE A, <byte>, rel

Jump if A 0

<&yte>X X 2 X

CJNE <byte>, # data rel

Jump if <byte> 0

# dataX X 2 X

X = Si □ =N°

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JZ y JNZ: Salta si cs cero y salta si no es cero. Para determinar si cumple las condiciones de las instrucciones JZ y JNZ, la CPU no pasa revista al registro de estado como ocurre en otros micros, si no que inspecciona dircctamente el registro acumulador, pues este microcontrolador no tiene «flag cero» en el registro de estado.

Secuencias de operaciones:

JZ rel JNZ rel• (PC) <- (PC) + 2 • (PC) 4- (PC) + 2• Si (A) = 0 • Si (A) o 0

entonces entonces(PC) <- (PC) + rel (PC) 4- (PC) + rel

DJNZ: Decrementa y salta si no es cero. Esta instruction esta especializada en lazos de control. Para que cjecute un lazo n veces, se carga un «contador» con “n” y cada vez que se ejecute el contenido del lazo, el contador decrementa una unidad, saliendo del lazo cuando el contenido del contador sea cero.

Secuencias de operaciones:• (PC) 4-(PC)+ 2• (<byte>) 4- (<byte>) -1• Si (<dbyte>) > 0 o (<bytc>) < 0

entonces(PC) <- (PC) + rel

CJNE: Compare y salta, si el resultado de la comparacidn no es igual. En este caso hay dos formates, segun la comparacidn que se haga con el acumulador o con un operando tipo <byte>, puede ser:• Con direccionamiento indirecto (registros RO y Rl).• Con direccionamiento directo (registros RO a R7).

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CAPITULO III

SISTEMA DE DEGRADACION DE RESIDUOS

Parte mecanica

Condiciones de trabajo del nucleo

El homo estara compuesto de un nucleo en forma de un cilindro hueco dividido en dos partes, para que en el ensamble rodee a una columna empacada, para esto, se necesitaran ires cilindros refractarios en su totalidad (seis mitades de cilindros por la simctria del homo) y asi poder tener tres areas de trabajo proporcionando a cada zona una temperatura de 1200°C ±2%. Los cilindros tendran un diametro exterior e interior de 10.3 cm y 8.1 cm, respectivamente y un largo de 26 cm cada uno, debido a las caracteristicas de la columna empacada.

Los nucleos estaran constmidos de un cemento refractario de alta densidad y un alto contenido de alumina para poder soportar hasta 1450°C, ya que la temperatura maxima de trabajo en este homo a construir es de 1200°C y el cemento refractario tiene una densidad de 2.56 gr/cm3 a una temperatura maxima de 1450°C.

Construccidn de los nucleos refractarios

Para la construction de los nucleos se requiere de dos contramoldes y dos placas, una lateral y una de base. En uno de los contramoldes, el cual llamaremos contramolde superior, se construyo de la mitad de un cilindro hueco de Naylamid, con las siguientes caracteristicas y dimensiones: tiene un largo de 26 cm, un radio intemo de 5.15 cm y un radio extemo de 6.25 cm, contiene diez perforaciones a los costados, (realizadas en una position paralela a la base) con un diametro de 0.4 cm, que servirin para ensamblarlo junto con la placa base por medio de tomillos de 5/32”; tambien, lleva al frente cinco perforaciones con una cuerda para tomillos de 5/32” x 1/2” N.G. 32 hilos por pulgada y con esto poderlo atomillar a la placa lateral. Todas estas dimensiones y la figura en si, la podemos apreciar en las figuras correspondientes al contramolde superior.

El otro contramolde (contramolde inferior), proviene de dividir un cilindro de 4 cm de radio y un largo de 26 cm, una de las mitades serviri como contramolde inferior, el cual, lleva en la parte circular nueve surcos unidos a lo largo de 0.6 cm de alto y ancho, estos fueron distribuidos por medio de el cAlculo de dientes que pueden existir en un engrane de 18 dientes para un diametro de 9.2 cm con espacios iguales entre cada diente.11 Este contramolde tiene tres perforaciones con cuerda en la parte de abajo para poder unir el contramolde inferior a la placa base por medio de tres tomillos de 5/32” N.G. 32 hilos por pulgada. Todo lo anterior lo podemos apreciar en la figura del contramolde inferior.

La placa base mide 26 cm de largo y 16.5 cm de ancho, esta tiene cinco perforaciones en los laterales por dondc pasaran libremente los tomillos de 5/32, al centra tiene distribuidas tres perforaciones por donde entrar&n los tomillos que sujetar&n al contramolde inferior, ver la figura correspondiente.

La placa lateral tiene cinco perforaciones por donde pasarin los tomillos de 5/32 que sujetaran al contramolde superior, por la forma de dste, las perforaciones en la placa lateral que tiene 16.5 cm de largo y 7 cm de alto, son realizadas en un medio arco y de acuerdo a las distancias de las cuerdas que tiene el contramolde. Ver la figura de la vista lateral del contramolde superior y la figura de la placa lateral.

Elaboracidn de los nucleo refractarios (cAlculo de la cantidad de cemento a utilizar)

Una vez obtenidos los contramoldes y las placas, se precede al ensamble entre los dos contramoldes, se forma entre estos una cAmara de aire, que es por donde se vertera el cemento refractario, una vez fraguado nos formara un nucleo, que es la mitad de un ensamble para una de tres zonas de calentamiento, por lo que las placas nos ayudarAn a formar las partes planas que se necesitan en los nucleos.

11 Estos cAlculos fueron basados de acuerdo al tamaflo de la construction de la resistencia.

92

La canlidad dc cemento rcfractario a emplear cn la obtencidn de cada nucleo la podcmos delenninar de la siguicnte manera:

Contramolde superior para la construction del nucleo rcfractario

6.25cm

2.9cm

0.32cm

0.5cm

5.2cm

1.35cm

1.3cm6.25cm5.15cm

0.4cm

El nucleo a construir, de acuerdo a las dimensiones de los contramoldes y al tamano total que se desea del homo, tiene un volumen de:

V= Aldonde el area la determinamos como:

A = n (r2 2- r, 2)

los radios r2 y r,, son los que determinardn el grueso de la pared del nucleo rcfractario, y sus distancias son:

For lo tanto

r, = 5.15 cm r2 = 4 cm

A = it ((5.15)2 - (42)) = 33.057 cm2

y sabemos que debe de tener un largo de1 = 26 cm Largo del nucleo rcfractario

93

asi tenemos enlonces que su volumen es deV = (33.057) (26)

= 859.482 cm3

Vista lateral del Contramolde superior

La cantidad de cemento a mezclar lo determine por la siguiente relacidn:

m = pV= (2.56 gr / cm3) (859.482 cm3)= 2200.2739 gr

Esta cantidad de cemento es para un ciiindro hueco de 26 cm de largo y nosotros necesitamos solo la mitad de material por la forma en que se obtendri al nucleo, teniendo asi que para la construccidn de un nucleo refractario se necesitaran 1100.1369 gr de cemento refractario; hasta este punto, se ha considerado el espacio que forman los dos contramoldes en su unidn, sin tomar en cuenta el espacio que emplean los surcos.

Tomando en cuenta el espacio que emplean los surcos, podemos determinar el total del cemento a emplear en la construccidn de un nucleo refractario. Del disefio del contramolde inferior y ancho de la resistencia obtenemos que el largo total del surco que es de 23.5 cm, con 0.6 cm de alto y ancho. Determinando su volumen a ocupar por medio de la siguiente formula

V = a.b.c

94

dondea = 23.5 cm b = 0.6 cm c = 0.6 cm

(largo del surco) (anclio del surco) (alto del surco)

V= (23.5) (0.6) (0.6)= 8.46 cm3 volumen del surco'2

Contramolde inferior para la construccidn del nuclco refract a rio

8cm

8.6cm

Restando este volumen al que se empleara en el material para la construccidn de un nuclco tenemos de la formula

m = p V

— P (Vtotal * Vsurco)

= (2.56 gr/cm3) (429.741 cm3 - 8.46 cm3) 12

12 Este volumen es el que pertenece a los surcos por donde Iran las resistencias que scran fijadas al nuclco por medio de otro cemento menos denso.

95

= (2.56 gr/ cm3) (421.281 cm3) = 1078,479 er

Asi tenemos quo sc neccsilan 1078.479 gr de cemento refractario para la obtencibn de un nucleo.

Placa base para la construccidn de los nucleos refractarios

Perforaciones de 5/32

Zona de apoyo del contramolde inferior

Tres perforaciones de 5/32 por donde pasara el tomillo que

sostendra al contramolde inferior

Zona deapoyo del cemento refractario

zona de apoyo del contramolde superior

5.15cm5.7cm

6.25cm

2.55cm8.25cm

11.4cm16.5cm

96

Placa lateral que se utilizara para la const ruccidn de los nucleos rcfractarios

7 ^ 7 ^

Para realizar el mezclado de dicho cemento, tenemos que llevar las siguientes relaciones proporcionadas por el proveedor13. Se tiene que toner una relation del 10% de agua del total de la mczcla, por lo tanto, si

1078.47[gr] de cemento = 90% de cemento en la mezcla [gr] xxxxxxxxxxxxxxxxxx = 100% de la mezcla [gr / ml}

x = 1198.3 es mezcla [gr / ml]

Ahora si1198.3 es mezcla [gr / ml] = 100% de la mezcla [gr / ml] yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy = io% de agua de la mezcla [gr]

y = 119.83 [gr] de agua

Como sabemos que la densidad del agua es de uno y ademas, conociendo la relation 1000 ml = 1000 gr, concluimos que necesitamos 119.83 ml de agua para realizar la mezcla del cemento refractario y asi poder obtener un nucieo.

13 Ver el anexo “D" donde se muestran los datos tecnicos del cemento refractario MOIST AIS ARM 200

97

Ensamble de ios contramoldes y bases para la construcci6n de Ios nucleos refractarios

98

Nuclco rcfractario del homo de tres zonas

99

Diseflo de la resistencia para el homo

Considerando el diametro del alambre de Nicromio y el alambre de base con el que se rcalizara el embobinado dc la resistencia, tenemos que el perimetro de material con cl quo se va a trabajar es:

P = 7tD

Los diametros con los que se trabajar^ son:• El diametro del alambre base para haccr el embobinado de la resistencia que es de 0.238 cm (3/32”).• El diametro del alambre de Nicromio que es de 0.115 cm.• El diametro total es Djotal - Dalambre Nicromio Dalambrebese 1-^alambre Nicromio “ 0.468 Cm.• El diametro final con el que se va a trabajar para el embobinado de el alambre de Nicromio tomando como

diametro intemo el alambre base, es de:

O DjcXal “ (Dalambre Nicromio / 2) ~ Nicromio / 2)

= 0.468 - (0.115 / 2) - (0.115 / 2)= 0.348 cm

Se le rest6 dos veces el diimetro del alambre de Nicromio para trabajar exactamente con el centro del diametro que se formara con cl embobinado de dicho material. Lo anterior lo aprcciamos en la siguiente figura.

0.238 cm-------------------*4

ii ii

0.115 cm ^ 0.115 cm

; | 0.348 cm ;;f------------------------------- 7*I I

y---------------------- if-

0.468 cm

figura

Se designo trabajar con este diametro por ser la distancia de centro a centro que existe al medir en forma lineal al alambre de Nicromio cuando completar una vuelta, y por lo tanto, el perimetro total de material a embobinar en una vuelta es de:

P = 7tD = 7i (0.348 cm)= 1.093 cm

De este resultado tenemos que se necesita 1.093 cm lineales de alambre de Nicromio para poder obtener una \aielta en el embobinado de la resistencia.

100

Cilculo del valor dc la resistcncia para el homo de acuerdo a la disipacion dc potcncia

En referenda a la ley de Ohm y en las condiciones a las cualcs sc desca sometcr a cada zona del homo para consumir 1500 Wats y asi propordonar una temperatura maxima dc 1200° C por zona, sc calculara el valor de la resistcncia y conocer cual de las dos formas de acoplar una resistcncia cs la mas convcnicnte para cl funcionamiento del homo.

Primero tenemos que conocer todos los datos que tengan relation con el homo, como son: voltaje dc alimentation que seri de 220 V de C.A., potencia que se desca disipar por zona que cs dc 1500 W, conociendo cstos valores y con la ley de Ohm, donde tenemos que

V = RI 1 = V/R

y sabiendo de la formula de potenciaP = VI

sustituyendo lo que equivale a la corriente para obtener la incognita buscada, tenemos asi

P = V(V/R)P = V2 / R

despejando la incognita y sustituyendo los valores que tenemos con

V = 220 Volts P = 1500 WatsR=6?

tenemos que la resistcncia que se necesila para estas condiciones de operation es

R = V2 / PR = ((220)2 ) / (1500)R = 32.266 Q

Este es el valor de la resistcncia que se necesita para cada una de las zonas de trabajo del homo, de acuerdo a la construction simetrica con la que serf construido, la resistcncia tiene que estar dividida en dos partes igualcs para poderle proporcionar a la columna empacada la misma cantidad de calor en todo su diametro y esta puede estar conectada ya sea en serie o en paralelo.

Primer* opcidnObtenciOn de la resistcncia en serie

Basdndonos en el circuito en serie de la siguiente figura tenemos las siguienles relaciones V = VR1 + VR2, donde la corriente es

101

Adcmas, para la obtencion de una resistencia en serie sabemos quc R = R, + R2 + R3 + ....+ R^ y comoqueremos que el homo este dividido en Jos partes para facililar la construccidn simctrica y distribucidn por igual de todos los componentes que lo inlegran, ticne que scr R, = R2 cn relacidn al valor dc la resistencia que sc le pondra a cada zona del homo, podemos calcular en relacidn a lo antes mencionado, cl valor de R, y R2 que es:

R = R, + R2 = 32.266 Q Ri = R%R = 2 R|R, = R / 2 R, =32.266/2 Ri = 16.133 QR, =Rz

Con este valor y cl voltaje dc alimentacidn sabremos la cantidad de corriente que se necesita para que pueda trabajar cl homo a estas condiciones

V = RI 1 = V/R 1=220/32.2661 = 6.818 Amn.

Dc acuerdo a las operaciones de trabajo a las quc se sometcii el homo, a la forma del circuito y a las ecuaciones anteriores, podemos comprobar que valores esperamos al conectar de esta forma a las resistencias. Por lo quc tenemos que

V = Vri + Vr2Vri = Ri Iri

Vr2 = R2 Ir2

pero como Iri = Irz = I y tambien R, = R2 podemos afirmar que los valores

V = 2 VriV = 2 R| IriV= (2) (16.133) (6.818)V = 220 Volts

Para conocer la potcncia a disipar por cada una de las resistencias, tenemos la siguiente formula

Pri - Ri (Iri)"

adcmas, por las relaciones antes mencionadas se puedc afirmar tambien que la Pri es igual a la Pr2 y que la potcncia a la que se sometera al homo es igual a la suma de la disipacidn de potcncia de las dos resistencias, la cual es

Pri = Ri (Iri)2 0 tambidnPR, = (16.133) (6.818)2 PR, = 750 Wats

Pri - V| Iri Pr, =(110) (6.818) PRl = 750 Wats

asi

0 tambienP = Pri + Pr2

P = 2 Pr,P = (2) (749.94) P = 1500 wats

102

Quc son los valorcs dc operation a los que sc somctcra al homo cuando este (rabajando. Ahora tenemos que conocer la canlidad de material a emplear para la construction dc las rcsistencias que sc concclaran cn scrie, por lo que solamente sc nccesita hacer el calculo para una sola zona, ya que las demas son dc las mismas caracteristicas.

Primcro sc tiene que seleccionar el alambre con cl cual se va a constmir la resistencia en relacidn a las condiciones de operacidn, siendo este un material de Nicromio que tiene una densidad de 110 X 10"6 Q / cm a una temperatura de 20° Cy se funde a una temperature de 1350° C.

La canlidad dc alambre por resistencia lo podemos determinar por medio de la siguiente formula

R = (p 1) / Adondc

R = resistencia = 16.166 G p = densidad del alambre = 110 X 10"6 G/cm

1 = largo del alambre = i ?A = area del alambre = n r2r = radio del alambre, el cual lo detenninamos de acucrdo al calibre del alambre que tiene un diAmetro

deO 115 cm

Rcalizando opcraciones tenemos lo siguiente

asi

A = 7t r2A = 7t (0.115 / 2)2 A = 10,386 X 10° cm3

R, = (p l) / A

Dc esta formula despejamos a lo largo que es la incognita y tenemos

1 = (R, A) / p1 = ((16.133 G) (10.386 X 10 3 cm3) ] / (110 X 10"* G/cm) 1 = 1523.248 cm

Scgunda optionObtcncidn dc la resistencia en paralelo

Si sc desca concclar las rcsistencias del homo en paralelo como lo muestra la siguiente figure tenemos, de acuerdo a la rey de Ohm, que una resistencia en paralelo la detenninamos por medio dc

1 / R = ( t / R, + 1 / R2 + 1 / R3 +.....+ 1 / R,)

220 V ©

103

En cl cilculo anterior y por las condiciones antes scftaladas, las resistencias R, y R2 tienen que ser del mismo valor para que proporcioncn una potencia de la misma cantidad en cada zona de calenlainiento. Asi R, = R2 ,dc aqul podemos concluir que

1R = ---------------------- = 32.266 n

1 / R, + 1 / R2

y como R, dcbe ser igual a R21/R = ( 1/R, + 1/R, ) = 32. 266 Q

entonces1 / R = 2 / R,

R, = 2/(1/R)R, = 2/(1/ 32.266)R, = 64,5432 Q

Como podemos ver, del rcsultado de la resistencia en paralelo necesitariamos una resistencia de un valor mis alto que en el caso de la resistencia en serie por el tipo de conexidn y por lo tanto, se necesitari una mayor cantidad de material para la construccidn de dstas, lo que tambidn traera como consecuencias posterioros un problema para poder introducir una mayor cantidad de resistencia en el nucleo, asi como el tener que disminuir la separacidn entre cada espiral. Esto lo podemos ver en el siguiente cilculo, para la cantidad de alambre que sc necesitaria para esta resistencia en paralelo.

R = (p l) / Adonde

R = resistencia = 64.5432 Q p = densidad del alambre = 110 X 10"6 Q / cm 1 = largo del alambre = i ?A = Area del alambre = 10.386 X 10"3 cm3

R, = (p 1) / A

De esta formula despejamos a lo largo que es la incognita y tenemos

1 = (R, A) / p

1 = [ (64..5432 Q) (10.386 X 10 3 cm3) ] / (l 10 X 10"6 fi / cm)1 = 6094.051 cm

Lo que nos traeria como consecuencias el tener que consumir mas material y haria mas costosa su produccidn, por lo que la conexidn de las resistencias en paralelo queda descartada.

Construccidn de la caja aislantc

Para la construccidn de la caja aislantc que tiene como fin contener la temperature, no permitir el flujo de calor al exterior y no perder temperature en el proceso, se disefid este contenedor que tendra un cemento aislantc de una densidad de 1.5 gr / cm3 contenido en dos cajas, debido a la construccidn simdtrica del homo. Para la construccidn de las cajas, se tomd en cuenta cl tamafio de la columna con que se cuenta que es de 1 metro de largo, 6.35 cm de diimetro y la zona que se va a exponer al trabajo. La mitad de la caja seri de 24 cm de ancho, 89 cm de largo y 15 cm de alto, ya que en el acoplamiento tendri un alto total de 30 cm En la parte superior y al centra de los dos anchos de cada caja, lleva un cortc circular de 3.5 cm de radio por donde pasari la columna empacada cuando se realice el ensamble entre las dos cajas. Ver la figure denominada contenedor del material aislantc para el nucleo del homo de tres zonas y la vista lateral de la caja aisladora.

104

Contenedor del material aislante para el nucleo del homo de tres zonas

24cm8.5cm '

3.5cm

14.5cm

18.5cm

26cm

26cm

/ 13.5cm

18.5cm

/ . 5cm

6.25cm -X" 11.5cm 6.25cm

Cada caja contendra en su interior a seis tubes (tres por lado, partiendo de la mitad de la caja) de un dia metro interior de 0.9525 cm y una altura de 14.5 cm con respecto a la base de la caja, estos serviran para poder introducir tomillos que soportaran, por los costados, a los nucleos en relation a la base de cemento aislante que sc formara en la caja14, impidiendo que estos puedan caerse o moverse con cualquier movimiento brusco. Por lo que estaran colocados a 4 cm del centro de lo ancho de la caja y serin soldados en forma perpendicular a la base y en forma lineal uno con respecto al otro, la separacidn a lo largo seri de tal forma que esten al centro de cada nucleo que mide 26 cm cada uno, tomando tambidn en cuenta la separacidn de 5 cm en cada lado de lo largo de la caja (ya que en el momento del ensamble, los nucleos deben ser aislados por todos sus lados por un material aislante), teniendo como resultado que habri una zona total de trabajo de 79 cm, ya antes delimitada por lo largo de la construccidn de los nucleos y de acuerdo al tamafio de la columna. Ver la vista superior de la caja aislante.

14 Ver la forma que se le dara en el llenado de la caja cuando se vacie el cemento.

105

Tambien tendril en cada lado, por la parte exterior, soldadas cuatro escuadras de 4 cm de largo y 2 cm de alto distribuidas a lo largo, otras dos escuadras de 2 x 2 cm en la parte exterior en los anchos de cada caja aislante, de tal forma que coincidan con los soportes de la caja exterior y asi poder sujetarse entre si.

Tiene cuatro bases de 2 cm de ancho y de alto cada una, las cuales se pondritn como patas para impedir que la caja aislante se valla al fondo dc la caja exterior, ayudando a la vez para la distribution del peso en relation con los soportes ubicados a lo largo y ancho.

La separatidn que se forma por la caja aislante y la exterior, es una titmara de aire (o bolsa de aire) que serviri como una aislacibn tdrmica de aire entre dichas cajas para que cuando se este trabajando con el equipo, la estructura formada principalmente por la caja exterior no llegue a calentarse y produzca quemaduras al personal que trabajarii con el homo.

106

Vista lateral de la caja aisladora

8.5cm 6.85cm6.17cm

1.25cm5.49cm

. 0.68cm1.36cm

10.3cm

107

CAIculo para el Ilenado dc la caja con el cemcnto aislante

Para poder llenar de cemcnto aislante a cada caja, tencmos quc saber cuai es el volumen total que ocupara dicho cemcnto, cl cual, lo podemos conocer al calcular el volumen total de la caja menos la mitad del volumen del rodillo que formarA la base en donde se apoyarAn los nucleos refractarios. Dicho volumen serA:

v = VTc-VR

En donde el volumen total de la caja VTc lo podemos determinar por la siguiente formula VTc = a b c

dondea = 24 cm ancho de la caja aislante b = 89 cm largo de la caja aislante c = 15 cm alto de la caja aislante

VTc = a b cVi. = (24) (89) (15)VTc = 32040 cm3

Ahora, el volumen del rodillo (ver figura denominada rodillo que formarA la base del nucleo en la caja aislante) lo podemos determinar de la siguiente forma:

El rodillo esta constituido en general por tres cilindros unidos entre si, dos de los cuales son de las mismas dimensiones, por lo que el volumen del rodillo serA igual a la suma de los tres volumenes de cada cilindro, por lo que tenemos que

vR = v, + v2 + v3pero V, = V3, por lo tanto

VR = 2V, + V2

Para calcular el volumen de un cilindro conocemos la siguiente ecuacidn V = A 1 , en donde el A = nr2 y conocemos la distancia del cilindro, como se muestra en la figura correspondiente al rodillo que formarA la base del nucleo en la caja aislante, por lo tanto:

Para el V,

Tiene un largo de 6 cm en total, pero esto es considerando la tolerancia que permitirA que se apoye en la caja cuando se estd moldeando el cemcnto. Por lo quc el largo real a trabajar dentro de la caja, es de 5 cm y tiene un diAmetro de 7 cm, entonces

V, - A, I,= (n r2) I,= ((ic) (3.5)2) (5) = 192.422 cm3

Para el V2

El largo del cilindro que se sometera dentro de la caja para moldear el cemento es de 79 cm y su diAmetro es de 10.3 cm, por lo tanto:

V2 = A212 = (it r2) 12= (((ti)(5.15)2) (79)= 6582,508 cm3

Entonces, si tenemos que el volumen del rodillo esVR = 2V, + V2

108

VR = (2) (192.422)+ 6582.508 = 6774.93 cmJ

Rodillo que formari la base del nuclco en la caja aislante

91cm

--- 6cm

Estc es el volumen total del rodillo y nosotros necesitamos solo la mitad de dste por la forma en que sc va a poner el rodillo en la caja, asi tenemos que el volumen del rodillo a emplear dentro de la caja es

VR = 6774.930 / 2 Vp = 3387.465 cm3

Una vez calculados los volumenes de la caja y de la mitad del rodillo, podemos conocer el volumen real que ocupara el cemento aislante dentro de la caja, que es

v = vTc- vRV= (32040)-(3387.465)V = 28652.535 cmJ

109

Para poder realizar cl mezclado del cemento aislante, tcnemos que conocer cn virtud al volumen que ocupara dentro dc la caja, la cantidad de cemenio a mezclar y esta la obtencmos dc la siguiente formula

m = p V

con los dates proporcionados por el proveedor, conoccmos que para el cemento aislante con el que se va a trabajar tiene una densidad media igual a 1.5 gr / cm3 a una temperature maxima de 1350° C, este cemento estA formado por un 60 % de silicic y un 40 % de alumina15. La cantidad de cemento a mezclar pare cada caja tiene que ser de:

m = (1.5 gr / cm3) (28652.535 cm3) m = 42978.802 gr

Para poder realizar el mezclado, se tienen que seguir las relaciones proporcionadas por el proveedor pare el mezclado del cemento aislante, que nos dice que la mezcla tiene que tener una relacidn del 30 % de agua, por lo tanto:

42978.802 gr de cemento = 70 % de cemento en la mezcla [gr] xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx = 100 % dc la mezcla [gr / ml]

x = 61398.288 de mezcla [gr / ml]

Ahora, si61398.288 de mezcla [gr / ml] = 100 % de la mezcla [gr / ml] yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy = 30 % de agua en la mezcla [gr]

y = 18419.486 [gr] de agua

Conoccmos que 1000 gr = 1000 ml y como el elemento que se utilizara pare realizar la mezcla tiene una densidad de uno, entonccs neccsitamos 18419.486 ml de agua para realizar la mezcla del cemento aislante que estara en las cajas.

15 Ver anexo “D” donde se muestran los datos tecnicos pare el cemento aislante MOIST AIS ARM 145

110

Vista superior de la caja aislante con sus escuadras dc soporte, con el cnsamblc del ccmento aislante moldcado por

el rodillo, tubos y tomillos que sostienen a los nucleo refractarios

24cm

1.75cm -?r-7r------7cm —>- .

79cm89cm

- - 8.5cm10.5cm -

)cin

. - I---

13.5cm

26cm

26cm

r

18.5cm

111

Diseno de la caja exterior para cl homo de tres zonas de calentamiento

El principal objetivo que tiene la construccidn de esta caja es la de poder dar seguridad al personal que va a laborar con cl homo, ya que proporcionara una camara aislante cuando scan unidas con las cajas interiores que contienen el cemento aislante y los nucleos refractarios, por lo cual, llegarAn a tener una temperatura considerablemente elevada, siendo este el motivo principal de separar las cajas aislantes del personal para evitar que sufran quemaduras cuando se estd operando el equipo.

La caja exterior es formada por dos cajas simetricas unidas por una bisagra, en donde cada una tiene una abcrtura en la parte de la base que ticnen como funcion ser la abertura por donde se podran cambiar los termopares en el caso de que uno de estos se lleguc a dafiar y otra de sus funciones es la de poder pasar los diferentcs conductores que alimentarAn de corriente a las resistencias de potencia, ayudAndoce en la conexion por unos peines de alto voltaje, tambiAn pasarAn los conductores que llevan las lecturas del termopar, ademAs de ser una de las entradas de aire que ayudarAn a la ventilacidn de la cAmara aislante y de ser a la vez uno de los extremes en de donde se sostendrA un soporte (ver figura correspondiente) que unirA al homo con una estructura de trabajo.

Caja exterior del homo de tres zonas

28cm

10.5cm........7cm ............ 10.5cm

93cm

13.5cm

112

Otra de las caracteristicas quo constituyen a esta caja, son los soportes en forma dc Angulo quc van por la parte interior de cada caja, ocho cn total (cuatro de cada lado), los cuales estAn distribuidos dc tal fonna que puedan coincidir con los de la caja interior para que el peso de toda la caja aislante sea distribuido de nianera uniformc. En la parte superior y al centre de los dos anchos que miden 28 cm de cada caja, llevarA un corte circular de 3.5 cm de radio por donde pasarA la columna empacada cuando sea realizado cl empalme dc las cajas, las cuales serAn sujetadas por una serie de cinco broches que estAn repartidos a lo largo de la caja que tcndrA una distancia de 93 cm y una altura de 17 cm.

Con las distancias de las dos diferentes tipos de cajas, tenemos que la cAmara aislante tiene un ancho de 2 cm de pared a pared con respecto a cada caja.

La forma final en su parte mecAnica que tomara el homo, lo podemos apreciar en la figura llamada ensamblc del homo de tres zonas de calentamiento, donde se nos seflala cada una de las partes que lo constituyen.

Soporte para el homo

*22 cm

6.71 cm

12.7 cm

17.78 cm

82 cm

20.32 cm

17.78 cm

113

Ensamble del homo de tres zonas de calentamiento

Caja interior “A’

Cemento aislante

Nuclco refractario

Caja exterior

Caja exterior

Soporte

Bisagra

Conectores

114

CAPITULO IV

SISTEMA DE CONTROL ELECTRICO

Parte elictrica

Acondicionamiento dc la sefial dc iectura

Para la etapa de acondicionamiento de serial que se tomari de la temperatura a la que se esta sometiendo a la columna, se tienen unos sensores de temperatura que son mas conocidos como termopares. Este sensor esta compuesto de dos alambres de diferente material que se soldan en un punto, en dicha unidn se crea una diferencia de potential que es proportional a la temperatura fijada, dsta proportion se le conoce como coeficiente de Seebeck y se expresa por la siguiente ecuacibn

Cab = a At

podemos apreciar dicha conexidn en la siguiente figure:

Metal “A”

eAB

Metal “B

La medida de la diferencia de potencial no se hace directamente, sino que se realiza por medio de un voltimetro, creandose otras uniones termicas al conectar dicho voltimetro. Por ejemplo, si se llega a utilizar un termopar tipo cobre “Cu” y constan "c" en las uniones a los cables del voltimetro, con el termopar se crean otras diferencias de potential mis la que se forma en V,, que es el valor que nos interesa y el cual no podemos conocer por no saber la diferencia de potential en la unidn TJ2 que se opone a la de V, .

Metal “A"

Metal “B

Por tal motive, el voltimetro tomari lectures proportionates a la diferencia de potencial de las uniones 1 y 2, de tal manera que no podemos encontrar la temperature de la union T„, al menos que conozcamos la union TI2. Si en el punto TJ2 lo llevamos a una temperature de referenda de 0°C (T, „r), como puede ser por un bafio de hielo en donde se tiene una temperature de 0°C = 273.15°K, encontramos la siguiente relation de la figure anterior

Vab = (V, - V2)

= a (Tj, - T,2)

Pero la temperatura de la unidn T)2 es la temperatura de referenda, por lo tanto

Vab - cl (Tji - Tj„f)

116

Donde a es el cocficicnte de Seebeck del tennopar utilizado. A1 usar termopares de diferentes alambres, se crcan mas uniones quc son tainbien dcpendientes de la temperatura, por tal motive, se tendran que usar mds referencias de temperaturas a 0°C. Siendo esto muy incomodo en la inslalacion, por lo que es bueno usar:• Un bloque isotcrmico en las uniones como son los bloques aisladores electricos que tienen una muy buena

conduccidn de calor, lo que permite que en las uniones de los alambres de diferente material se mantenga la misma temperatura.

• El usar temperatura de referenda por medio de circuitos electronicos utilizando referencias de voltaje y de corriente.

Compensador automation de temperatura ambientc

El termopar entrega una diferencia de potencia proporcional a la diferencia de temperatura caliente y punta fria.

T,punta caliente = T.medkla entre A y B + Tambientc

Referenda a 0°C

Bafio de hielo que proporciona la referencia a 0°C

Punta del termopar

A la temperatura de interds hay que sumarle la temperatura que se genera en la temperatura ambientc y un milivoltaje que se genera por la referenda de la punta fria de 0°C.

El elemento de compensacion es el integrado AD590, que es una fuente de corriente que depende de la temperatura con un coeficiente de 1 microampere / °K se usa de -55°C a 150°C ( este se utilizara en el compensador de punta fria).

117

Para obtener una medicion muy precise es necesario conocer el coeficiente SEEBACK del termopar empleado, el cual, en este caso es de 40.44 microvolts / °K.

Sabiendo que el sensor AD590 se tiene una corriente de 1 microampere / °K,

P, = 40.44 pV/°K / lpA/°K = 40.44 Q

Sc calibrarA la compensacidn de punta fria en grades centigrados con el fin de obtener el voltaje equivalente a la temperature ambiente que se scntirA en el termopar, obteniendo asi la seftal adecuada.

Disefio para el acondicionamiento de la seftal de temperatura del homo

La maxima temperatura de trabajo a la que se someterA cada zona del homo serA de 1200°C, por lo que se trabajarA con termopares “K”, que estAn compuestos de alambre de niquel “Ni” (-) y cromio “Cr” (+) que tienen una respuesta casi lineal en un range de temperatura que va de 0°C a 1370°C con un coeficiente de Seebeck de 40.44 pV/°K.

Para evitar bafios de hielo que fimeionen como referenda de temperatura, se diseriarA uno de tipo elect rdnico con circuitos de referencia de voltaje y corriente que son independientes de la temperatura. El circuito de referencia de temperatura consta del integrado AD590 y del integrado MC140316. El AD590 es una fuente de corriente que tiene un coeficiente de variacidn de temperatura de 1jj.A / °K y es un integrado transducer de temperatura que produce una salida de corriente proporcional a la temperatura absoluta. El dispositivo actua con una impedancia alta en forma constante, con una corriente regulada que deja pasar Ip.A / °K para suministrar voltajes entre +4 V a +30 V. Este integrado suele ser usado dentro de la aplicacidn de temperatures sensibles entre -55°C a +150°C. Su conexion bAsica se muestra a continuacidn:

+ 5 V

AD590

El circuito de referencia de temperatura esla compuesto tambien por el componente electronico MC1403, que es un integrado que tiene la funcion de ser la referencia de voltaje, el cual tiene un coeficiente de variacidn con la temperatura muy estable de 10 ppm / °C, tiene un range de temperatura de 0°C a 70°C, una salida de voltaje de 2.5 V ± 25 mV, acepta a la entrada un voltaje de 4.5 V a 40 V, una corriente estable tipica del 2 mA y una corriente de salida de 10 mA.

En la union de estos dos integrados que conforman la referenda de temperatura de 0°C, tenemos que el valor del potencidmetro P, se encuentra relacionado con el coeficiente de Seebeck del termopar tipo K, como lo podemos apreciar en la siguiente figure y de la siguiente relacidn podemos obtener el valor de P,.

P, = (40.44 pV / °K) / (1 pA / °K) = 40.44 Q

16 Para mas informacidn ver los dates tecnicos en el anexo “D”

118

El voltaje que sc genera en esta resistencia, esta determinada por la coiriente que se da en relacion a la referenda de temperature para obtener 0°C, de acuerdo a la siguiente comparacidn: Si se desean 0°C y sabemos que en una lecture de grades centigrados, 6sta es igual a la temperatura en grades Kelvin menos 273.15, por lo tanto, para obtener 0°C que es igual a 273.15 °K y de la relacidn proporcionada por el AD590 que nos proporciona 1 pA / °K, pare obtener 273.15 °K, necesitamos de acuerdo a lo anterior.

IpA = 1°Kxxxxxxxx = 273.15°K

5 V

AD590 MC1403

For lo que necesitamos 273.15 pA pare tener en la referenda de temperature 0°C. Con esta corriente podemos conocer el voltaje que se genera en VP, para tener 0°C como referenda de temperature, asi:

V = IRVP, =(Ivri)(P.)

= (273.15 pA) (40.44 Q)= 11.046 mV

Este voltaje VP, es el que debe ser compensado por el potencidmetro P2 que es del circuito de referenda de voltaje (MC1403), tiene una variacidn con la temperature de 10 ppm / 0°C a 2.5 V. Es decir, el voltaje VP, aparece sumado a la serial del termopar, por lo tanto, el voltaje VP2 debe ser igual a VP, pero de polaridad opuesta y de esta forma se cancelan los voltajes dejando a la referenda de temperature a 0°C. Lo anterior se reprcsenta en la siguiente ecuacidn:

Vs, - V$2 = Vf + Vp, - Vp2

La salida de este voltaje compensado se toma entre S1 y S2, que son el valor del microvoltaje que se genera en el termopar pero ya referido a 0°C. La red de resistencias R,, R3 y Rg son de proteccidn contra ruptures en el termopar, asi:

R= V/IR3 + P2 = 2.5 V/273.15 pA

= 9.1524 Ki2

De aqui determinamos un valor fijo pare R3 = 9 KH y un valor para el potencidmetro P2 de 1 KT1 pare ajustarlo a su valor real que es de 152.4Q y que nos proporcione en esta un voltaje de 11.046 mV pare tener una resistencia total de 9.1524 Kfi Por lo tanto, los valores de las resistencias pare el circuito de referenda de temperature a 0°C son:

119

P, = 40.44 O = 100 nP2 = 1 Kfi R5 = 6.8 KQR3 = 9 Kfl Ks = 22 MQ

Etapa de amplification

La lectura real de la temperatura obtenida por el termopar una vez ya compensada a 0°C, sc amplifica por medio de un preamplificador de instrumentacidn porque la sefial es del orden de milivolts y en la etapa siguiente se requiere de un voltaje dptimo para que puedan operar los circuitos integrados del sistema minimo, el cual debe de ser de 5 Volts; ademas, con este voltaje se podrd trabajar en los displays porque despues de pasarlo por la etapa de amplification, se nos proportional una lectura de la temperatura que esti detectando del termopar en orden de grados centigrados y no en grados Kelvin, evitando hacer la conversion de temperatura en etapas posteriores.

El amplificador de instrumentation, esti compuesto por amplificadores operacionales de baja corriente de polarizacion que reducen la deriva y ademds, se compensan para minimizar el efecto de corrimiento termico. El preamplificador esta flotado a la entrada y conectado en una configuration de espejo. lo que reduce el corrimiento. Como se aprecia en la siguiente figura:

+ 5 V

+ 5 V

+ 5 V

-5 V

La polarizacion de este circuito se realiza a +5 V y -5 V de CD, por lo que los operacionales, de acuerdo a sus caracterislicas, se saturaran a un voltaje de 4 V a la salida.

Primera opcidn

Si el termopar tipo K, el cual tiene un rango maxi mo de trabajo de 1370°C, se (leva a una temperatura limite de trabajo de 1200 °C y de acuerdo a las caracterislicas de este que nos dice que se producen 40.44 pV / °K entonces tenemos que si deseamos 1200 °C que es igual a

necesitamos1200 °C+ 273.15 = 1473.15 °K

40.44 pV= 1°K xxxxxx = 1473.15 °K

120

un voltaje de 59.5741 mV que es el de entrada, con el cual tendriamos que oblencr a la salida del preamplificador de instrumcntacidn 4 V y asi no salurar a los operacionales; ahora, conocicndo la formula de ganancia del amplificador de instrumenlacion que cs

Ac = Vo / Vidonde.

Ac = ganancia de amplificacidn Vo = voltaje de entrada Vi = voltaje de salida deseado

De acuerdo a las condiciones con las que queremos que opere el preamplificador (Vi = 56 mV, Vo = 4 V), tenemos que la ganancia de amplificacidn debe ser de:

Ac = 4 V / 56 mV = 71,47 veces

Esta ganancia tambien la podemos expresar de acuerdo a los componcntes que constituyen al preamplificador de instrumcntacidn de la siguiente manera

Ac = Vo / Vi= ( 1 + (2 R2/R,))(R4/R3)= Ac, Ac2

Si de las dos ganancias parciales hacemos que la primera sea la mitad de la ganancia total, o sea 71.47 veces y la segunda sea de uno, obtendremos la ganancia total al efectuarse el producto. Con estas condiciones podemos determinar el valor de las resistencias a utilizar para cada ganancia parcial del circuito del preamplificador de instrumcntacidn, asi:

Ac = 71.47 veces Ac, = 71.47 veces

y del circuito sabemos queAc, = 1 + (2 R2 / R,)

entonces, si de esta expresion fijamos el valor de R2 = 10 Kfl y como conocemos la ganancia Ac,, podemos determinar el valor de R, de la ecuacion anterior

Ac, = 1 + (((2)(10K))/R,)despejando a R,

R, = ((2) (10 K)) / (Ac, - 1)R, = ((2) (10 K))/(71.47- 1)R, = 283.80 Q

Para poder obtener el valor de la ganancia A^, sabemos que es de uno y este lo obtenemos de la igualdad que se le asigna del circuito de instrumcntacidn, asi:

Ac2 = R4 / R3

como conocemos el valor de la ganancia Ac? y podemos fijar uno de los valores de una de las resistencias y calcular la olra por lo que trabajamos con R3 = 1 KT2, tenemos que

Ac? - R4 / R3despejando R4

R4 = Ac? R3R4 = (l)(l Kfi)R4MJKO

Asi, tenemos que al efectuar la multiplicacion de estas dos ganancias parciales obtenemos la ganancia deseada.

121

Ac = Ac, Ac2 71.47 = (71.47) (1)71.47 = 71.47

Con los valores calculados de las resistencias que conforman al amplificador de instrumentacidn, se precede a realizar las pruebas de funcionamiento de los circuitos, obteniendo como resultado la siguiente labia

Con estos resultados nos damos cuenta que se cumplen las condiciones de amplificacidn, disefto y de no saturadon por parte de los amplificadores, pero se ve que en el trabajo se llega a sobrecargar la primera etapa de amplificacidn y en la segunda etapa se le da un trabajo minirno de amplificacidn, ya que nada mis refleja el resultado de la primera ganancia parcial. Por tal razdn, es necesario no sobrecargar la primera gananda parcial para no llevar asi a la saturacidn de los amplificadores, esto lo podemos solucionar de la siguiente forma.

CAIculos Temperature del homo Pruebas realizadasVi (mV) Vo (V) °K °C Vi (mV) Vo (V)

13.99 0.999 345.99 72.79 13.99 127.98 1.999 691.88 418.73 27.98 240.44 2.890 1000 726.85 40.44 2.8941.97 2.999 1037.83 764.68 41.97 3

56 4.002 1384.76 1110 56 4

Segunda opcidn

De acuerdo a las condiciones con las que queremos que opere el preamplificador, (Vi = 59.5741 mV, Vo=3.9V), tenemos que la gananda de amplificacidn debe ser de:

Ac = 3.9 V/59.5741 mV = 65,46 veces

Esta ganancia tambidn la podemos expresar de acuerdo a los componentes que const!tuyen al preamplificador de instrumentacidn de la siguiente manera

Ac = Vo / Vi= ( 1 + (2R2/R,))(K,/R3)= Ac, Ac2

Si de las dos ganancias parciales hacemos que la primera sea la mitad de la ganancia total, o sea 32.73 veces y la segunda sea de 2 veces, obtendremos la ganancia total al efectuarse el producto. Con estas condiciones podemos determinar el valor de las resistencias a utilizar para cada ganancia pardal del circuito del preamplificador de instrumentacidn, asi:

Ac = 65.46 veces Ac, = 65.46 / 2

= 32,73 veces

y del circuito sabemos queAc, = 1 + (2 R2/R,)

entonces, si de esta expresidn fijamos el valor de R2 = 10 KX2 y como conocemos la ganancia Ac,, podemos determinar el valor de R, de la ecuacidn anterior

Ac, = 1 +(((2)(10K))/R,)despejando a R,

R, =((2)(10K))/(Ac, - 1)

122

R, = ((2) (10 K)) / (32.73 - 1) Ri = 630.31 Q

Para poder obtener el valor de la ganancia Ac? que tiene un valor de 2 voces, este lo obtencmos de la igualdad que se le asigna del circuito de instrumentation, asi:

Ac2 = Rj / R)

como conocemos el valor de la ganancia Ac? y podemos fijar uno dc los valores de una de las resistencias y calcular la otra por lo que trabajamos con R3 = 1 KT2, tenemos que

Ad = R4 / Rjdespejando R4

R< = Ac? R3 R, = (2)(l KD)Ra = 2 KD

Asi tenemos que al efectuar la multiplication de estas dos ganancias parciales obtenemos la ganancia descada.

Ac = Ac, Ac?65.46 = (32.73) (2)65.46 = 65.46

A continuation se presenta una tabla con la cual se expresa lo anterior, de tal forma que al comparar estos resultados con los de la primera opcidn, podemos apreciar que se respetan los lineamientos de los amplificadores y no se aproximan a la saturacidn como en el caso anterior, ademAs de que no se sobrccarga el trabajo en una de las zonas de amplification.

CiUculos Temperatura del homo Pruebas realized asVi (mV) Vo (V) °K °C Vi (mV) Vo (V)

13.99 0.915 345.99 72.79 13.99 0.90227.98 1.831 691.88 418.73 27.98 1.81040.44 2.647 1000 726.85 40.44 2.64141.97 2.747 1037.83 764.68 41.97 2.71944.48 2.911 1100 826.85 44.48 2.88148.52 3.176 1200 926.85 48.52 3.15455.53 3.634 1373.15 1100 55.53 3.608

56 3.665 1384.76 1111 56 3.63459.57 3.89 1473.15 1200 59.57 3.86861.10 4 1511.02 1273.87 61.10 3.96563.61 4.16 1573.15 1300 63.61 4.121

Lcs calculcs realizadce an resistencias calculadas para ire ganancia Ac=65.460 an :

Rl = 360.31 Qms

R2 = 10 Klrre

R3 = 1 NUtib

R4 = 2 fChtB

Lcs calculcs realizadce on resistencias reales para ire ganancia Ac=65.291 an:

Rl = 632 Chns, R2 = 10 KQttb, R3 = 1 Kims, R4 = 2 IChrs

123

Sistcma de tratamiento tcrmico de residues pcligrosos en tres zonas dc calentamiento

a base de un microcontrolador

Tec Wo

Sistemammimo

Etapa de potencia

Display

Homo de tres zonasde calentamiento Linea de 220V CA

ConUdor

Para com. sene K #

e Mkro-

cootrolador

80C31

Ik

ib-

Ik

Ik

RAM 6264 $-

EPROM 2732 e

EPROM 2732 e

L

-I'

<k

hjVi

Memona externa e interna

Controlador del circuito electronico

Circuiteria electrdnica de respaldo

Sistema Mimmo

Etape de potencia

Acondicionamiento de seftal

Amplificador 6 Ref Temp. 6 Tennoper'TC*

Amplificador 6 Ref. Temp. £ Termoper *K' 6

Amplificador & Ref Temp. TermoparTC" jfr-

JJJJJ

JTZTZTTiJ7TF1X} -dt>

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lazm.

Ruling quc se realizara cn el programa del microcontrolador para el control del homo de Ires zonas de calentamiento

El siguiente desplegado es acerca de las etapas que se tendran que seguir para la programacidn de la memoria en lenguaje ensamblador, respecto a como tiene que trabajar el microcontrolador en el sistema minimo que se lia alambrado para el control del homo de Ires zonas.

El orden de las lineas en esta etapa no tiene ningun significado, pues solamente son para unir las instrucciones y tener la continuidad que se da en los diagramas de flujo y asi verificar que las rutinas y subrutinas no queden flotadas, y se cumpla completamente el ciclo de instrucciones.

Linea Operation a efectuar

00050 Inicio: Se prende el equipo e inicializa con la siguiente subrutina

00100 Llevar a reset toda la informacidn acumulada o que estuviese guardada en forma permanente,excepto el programa de la memoria principal

00200 Leer la memoria para que arranque el programa y empiece a funcionar con lectura delmicrocontrolador y mande la primera instruction de trabajo

00250 El microcontrolador manda una informacidn reforzada por medio de los latch (74LS244) haciael comparador (74LS688), el cual comparara la informacidn del microcontrolador con la del Dip Switch determinando asi que se este mandando la informacidn correcta para activar o desactivar la habilitacidn del trabajo de los dos decodificadores / demultiplexores (74LS138), quienes a su vez determinaran si se trabajara con la memoria o con los puertos.17

00300 Activa el puerto de salida desplegando que el programa esta listo

00400 Pedir clave de acceso, desplegando la palabra “clave”

00410 Se activa el puerto #1 (8255-A) como puerto de entrada

00420 Introducir la clave de acceso por medio del teclado y realiza la siguiente subrutina

17 En el caso de la memoria, determinard si se trabaja con la memoria #2 EPROM (2732), activando su funcionamiento por medio de su pin Chip Enable provcniente del primer decodificador Z demultiplexor con su pin CSM1, dicha memoria contiene el programa principal grabado en lenguaje ensamblador. Tambien se puede efectuar la activacidn del refuerzo de la memoria #2 EPROM (2732), activando el funcionamiento por medio de su pin Chip Enable provcniente este del primer decodificador / demultiplexor en su pin CSM2. Otra de las opciones con las cuales puede trabajar, es con la memoria RAM (6264) activada por medio de su pin Chip Enable provcniente tambien del primer decodificador / demultiplexor con sus pins CSM3 y CSM4, que han sido con anterioridad procesados por una compuerta AND. Esta memoria servird para almacenar permanentemente los dates de las diferentes operaciones que realizard el sistema minimo y emplearlos cuando scan solicitados.

Para la situacidn de los dos puertos (8255-A) que se activaran por medio del segundo decodificador / demultiplexor que proporcionard la habilitacidn del primer puerto por medio de su pin CSI01, con la activacidn funcionard este puerto para la secuencia, velocidad de activacidn y desplegado de la informacidn que saldrd en los Display, tambidn servird para la introduction de los datos por medio del teclado. Para el caso del segundo puerto que serd habilitado por el pin CSI02 del decodificador / demultiplexor, servird para mandar la activacidn de la etapa de potencia, asi como permitir recibir la lectura de los valores de las temperaturas de los termopares.

129

00440

00450

00500

00510

00520

00530

00540

00550

00600

00605

00610

00430

00615

De los datos seleccionados en el teclado, son activados por las compuertas NAND (74LS00) y esta informa cion proviene del primer puerto 8255 en sus pines de los puertos PC0-PC3.

Se introducen los datos por el teclado que esti conectado a los pines PB0 - PB4 del primer puerto 8255

Realiza con esta informacidn que sale por los pines D0-D7 del primer puerto, la subrutina de comparacidn de clave en la memoria, que consiste en la clave de acceso sclcccionada y compararla con la clave ya antes establecida en el programa principal, donde:• Si la comparacidn resulta ser igual, pasar a la continuacion de la rutina que esta en la linea

00500• Si la comparacidn resulta diferente, pasar a la subrutina que esta en la linea 0400

Pedir a que acceso del programa se desea realizar las operacioncs correspondientes a cada seguimiento, para esto se activa el primer puerto como puerto de salida en sus pines PA0 - PA7, desplegando las siguientes opciones

Las opciones pueden ser:• Determinar la temperature a la que se desea llevar al homo, desplegado como “T 7= 1”• Leer la temperature actual del homo, desplegado como “T H = 2’’• Activar la etapa de potencia de acuerdo a la temperatures seleccionadas, desplegado como

“AP=3”• Apagar el equipo, desplegandolo como “off=4”

Se activa el primer puerto (8255-A) como puerto de entrada

Introducir la clave de acceso por medio del teclado

De los datos seleccionados en el teclado, son activados por las compuertas NAND (74LS00) y esta informacidn proviene del primer puerto 8255 en sus pines de los puertos PC0-PC3

Se activa el primer puerto como puerto de entrada en sus pines PB0 - Pb4 pare recibir la option que se seleccione• Si dsta es 1, se realizard la subrutina de la linea 00600• Si el dato seleccionado es 2, se efectuard la subrutina de la linea 00800• Si se selecciona la opcidn 3, se efectuard la subrutina de la linea 01200• Y si se selecciona el punto 4, se efectuara la subrutina de la linea 01600

Activa el primer puerto como puerto de salida, desplegando la solicitud de cual zona se desea establecer su temperature, desplegando lo siguiente: Z’’A”=I, Z”B’’=2, Z”C”=3

Se activa el primer puerto como puerto de entrada esperando la seleccion del dato

De los datos seleccionados en el teclado, son activados por las compuertas NAND (74LS00) y esta informacidn proviene del primer puerto 8255 en sus pines de los puertos PC0-PC3

Sc introducen los datos por el teclado, que esta conectado a los pines PB0 - PB4 del primer puerto 8255• Si el dato de entrada es 1, pasar a la linea 00620• Si el dato de entrada es 2, pasar a la linea 00660• Si el dato de entrada es 3, pasar a la linea 00720

130

00620

00625

00630

00640

00650

00655

00660

00670

00690

00700

00710

00715

00720

00740

00750

00760

00770

00775

Activa cl puerto de salida desplegando la solicitud de la temperatura de la zona A, desplegando la palabra “ T “A”

Se activa el primer puerto como puerto de entrada

De los datos seleccionados en el leclado, son activados por las compuertas HAND (74LS00) y esta informacidn proviene del primer puerto 8255 en sus pines de los puertos PC0-PC3

Se introducen los datos por el leclado que esta conectado a los pines PB0 - PB4 del primer puerto 8255

Realiza con esta informacidn que sale por los pines D0-D7 del primer puerto, la subrutina de captura en la memoria y le asigna una localidad. De esta localidad serd la informacidn con la que se trabajard para llevar a la temperatura seleccionada a la zona A

Una vez introducido el valor de la temperatura a la que se quiere elevar a esta zona, irala linea 00780

Activa el puerto de salida desplegando la solicitud de la temperatura de la zona B, desplegando la palabra “ T “B” ’’

Se activa cl primer puerto como puerto de entrada

De los datos seleccionados en el leclado, son activados por las compuertas NAND (74LS00) y esta informacidn proviene del primer puerto 8255 en sus pines de los puertos PC0-PC3

Se introducen los datos por el teclado que estd conectado a los pines PB0 - PB4 del primer puerto 8255

Realiza con esta informacidn que sale por los pines D0-D7 del primer puerto, la subrutina de captura en la memoria y le asigna una localidad. De esta localidad sera la informacidn con la que se trabajard para llevar a la temperatura seleccionada a la zona B

Una vez introducido cl valor de la temperatura a la que se quiere elevar a esta zona, ir a la linea 00780

Activa el puerto de salida desplegando la solicitud de la temperatura de la zona C, desplegando la palabra “ T “C” ”

Se activa el primer puerto como puerto de entrada

De los datos seleccionados en el teclado, son activados por las compuertas NAND (74LS00) y esta informacidn proviene del primer puerto 8255 en sus pines de los puertos PC0-PC3

Se introducen los datos por el teclado que esta conectado a los pines PB0 - PB4 del primer puerto 8255

Realiza con esta informacidn que sale por los pines D0-D7 del primer puerto, la subrutina de captura en la memoria y le asigna una localidad. De esta localidad serd la informacidn con la que se trabajard para llevar a la temperatura seleccionada a la zona C

Una vez introducido el valor de la temperatura a la que se quiere elevar a esta zona, ir a la linea 00780

131

00790

00800

00810

00820

00830

00850

00860

00780

00870

00880

00890

01000

Se hace una verification para ver si ya se han introducido las tres condiciones de trabajo del homo

Los resultados de las comparaciones pueden ser las siguientes opciones• Si ya se introdujeron los tres valores, ir a la linea 00500• Si falta cualquiera de los valores de cualquier zona, ir nuevamente a la linea 00600

Activa el primer puerto como puerto de salida desplegando la solicitud dc cual zona se desea conocer su temperatura, desplegando lo siguiente : Z”A”=1, Z”B"=2, Z”C”=3

Se activa el primer puerto como puerto de entrada esperando la selcccidn del dato

De los dates seleccionados en el teclado, son activados por las compuertas NAND (74LS00) y esta information proviene del primer puerto 8255 en sus pines de los puertos PC0-PC3.

Se introducen los datos por el teclado que esta conectado a los pines PB0 - PB4 del primer puerto 8255• Si el dato de entrada es 1, pasar a la linea 00850• Si el dato de entrada es 2, pasar a la linea 01000• Si el dato de entrada es 3, pasar a la linea 01100

Con esta informatidn que sale por los pines D0-D7 del primer puerto, la subrutina de lectura de temperatura del homo en la zona “A” que es mandada por un subprograma de la memoria en donde el microcontrolador activa al segundo puerto como puerto de entrada de information en sus pines PAO - PA7, lee el valor de salida del convertidor analdgico digital en su pin de salida INO, que fue activada por las lineas de habilitacidn (Andress line) por orden del microcontrolador en su habilitacidn de la salida de los pines PCO - PC2, que son las que determinan cual de las lectures de entrada de los termopares va a pasar al segundo puerto

Con esta informatidn que entra al segundo puerto, sale por el mismo en sus pines DO - D7 ya multiplexada en forma digital para entrar a la memoria y efectuar una subrutina interna para comparer la temperatura de entrada con respecto a la temperatura seleccionada al principio, esta subrutina tiene diferentes propdsitos como son la activation y desactivacion de la etapa de potencia y en el caso de la lectura de la temperatura actual. Para esta, tambien por medio de una orden del microcontrolador, se activa al primer puerto para que entren en sus pines DO - D7 y los datos de la temperatura salen por los pines PAO - PA7, information que pasa cada uno por su inversor correspondiente para entrar a los display y desplegar el dato correspondiente que va a ser presentado de acuerdo a la velocidad que mande el microcontrolador por medio de los pines de salida PC4 - PC7, instructions que son llevados al decodificador decimal para determinar la posicidn del display que presentara la informatidn, asi como la velocidad de despliegue del mismo

Se mantiene la informatidn desplegada hasta mandarle una instruction de continuidad, por lo que el microcontrolador manda una informatidn para tener al primer puerto como puerto de entrada en sus pines PBO - PB4, esperando la instruccidn de continuar con otra operation

De los datos seleccionados en el teclado, son activados por las compuertas NAND (74LS00) y esta informatidn proviene del primer puerto 8255 en sus pines de los puertos PC0-PC3 Dicha informatidn cancela la pausa especificada

Una vez efectuada la anterior action, hay un salto a la instruccidn que esta en la linea 01140

Con esta informatidn que sale por los pines D0-D7 del primer puerto, la subrutina de lectura de temperatura del homo en la zona “B” que es mandada por un subprograma de la memoria,

132

01010

01020

01030

01040

01100

oino

01120

en donde el microcontrolador activa al segundo puerto como puerto (Je cntrada de informacidn en sus pines PAO - PA7, que lee el valor de salida del convertidor analogico digital cn su pin de salida INI, que fuc activada por las lineas de habilitacion (Andress line) por orden del microcontrolador en su habilitacion de la salida de los pines PCO - PC2, son las que detcrminan cual de las lecturas de entrada de los termoparcs va a pasar al segundo puerto

Con esta informacidn que entra al segundo puerto, sale por el mismo en sus pines DO - D7 ya multiplexada en forma digital para entrar a la memoria y efectuar una subrutina interna para comparer la temperature de entrada con respecto a la temperature seleccionada al principio, esta subrutina tiene diferentes propdsitos como son la activacidn y desactivacidn de la etapa de potencia y en el caso de la lecture de la temperature actual. Pare dsta, tambidn por medio de una orden del microcontrolador, se activa al primer puerto pare que entren en sus pines DO - D7 y los datos de la temperature salon por los pines PAO - PA7, informacidn que pasa cada uno por su inversor correspondiente para entrar a los display y desplegar el dato correspondiente pare ser presentado, de acuerdo a la velocidad que mande el microcontrolador por medio de los pines de salida PC4 - PC7, instrucciones que son llevados al decodificador decimal pare determinar la posicidn del display que presentard la informacidn, asi como la velocidad de despliegue del mismo

Se mantiene la informacidn desplegada hasta mandarle una instruccion de continuidad, por lo que el microcontrolador manda una informacidn pare tener al primer puerto como puerto de entrada en sus pines PB0 - PB4, esperando la instruccidn de continuar con otra operacidn

De los datos seleccionados en el teclado, son activados por las compuertas NAND (74LS00) y esta informacidn proviene del primer puerto 8255 en sus pines de los puertos PC0-PC3. Dicha informacidn cancela la pausa especificada

Una vez efectuada la anterior accion hay un salto a la instruccidn que esta en la linea 01140

Con esta informacidn que sale por los pines D0-D7 del primer puerto, la subrutina de lecture de temperature del homo en la zona “C” pare ser mandada por un subprograma de la memoria en donde el microcontrolador activa al segundo puerto como puerto de entrada de informacidn en sus pines PAO - PA7 que lee el valor de salida del convertidor analogico digital en su pin de salida IN2 la cual fue activada por las lineas de habilitacidn (Andress line), por orden del microcontrolador en su habilitacidn de la salida de los pines PCO - PC2, que son las que detcrminan cual de las lecturas de entrada de los termopares va a pasar al segundo puerto

Con esta informacidn que entra al segundo puerto, sale por el mismo en sus pines DO - D7 ya multiplexada en forma digital, pare entrar a la memoria y efectuar una subrutina interna para comparer la temperature de entrada con respecto a la temperature seleccionada al principio, esta subrutina tiene diferentes propdsitos como son pare la activacidn y desactivacidn de la etapa de potencia y pare el caso de la lecture de la temperature actual. Pare esta, tambidn por medio de una orden del microcontrolador, se activa al primer puerto pare que entren en sus pines DO -D7 y los datos de la temperature salen por los pines PAO - PA7, informacidn que pasa cada uno por su inversor correspondiente pare entrar a los display y desplegar el dato correspondiente que va a ser presentado de acuerdo a la velocidad que mande el microcontrolador por medio de los pines de salida PC4 - PC7, instrucciones que son llevados al decodificador decimal pare determinar la posicidn del display que presentard la informacidn, asi como la velocidad de despliegue del mismo

Se mantiene la informacidn desplegada hasta mandarle una instruccidn de continuidad, por lo que el microcontrolador manda una informacidn pare tener al primer puerto como puerto de entrada en sus pines PB0 - PB4 esperando la instruccidn de continuar con otra operacidn

133

01135

01140

01150

01160

01170

01180

01200

01210

01130

01220

De los datos seleccionados en el teclado, son activados por las compuertas NAND (74LS00) y esta informacidn proviene del primer puerto 8255 en sus pines de los puertos PC0-PC3 Dicha informacidn cancels la pausa especificada

Una vez efectuada la anterior action, hay un sallo a la instruction quo esta cn la linca 01140

Se activa el primer puerto como puerto de salida para preguntar si se desea conocer otra temperature, desplegando “ +T, Si=l, No=0”

Se activa el primer puerto como puerto de entrada en sus pines PB0 - PB4, csperando la selection del dato

De los datos seleccionados en el teclado son activados por las compuertas NAND (74LS00) y esta informacidn proviene del primer puerto 8255 en sus pines de los puertos PC0-PC3.

Se introducen los datos por el teclado que esta coneclado a los pines PB0 - PB4 del primer puerto 8255

Realiza con esta informacidn que sale por los pines D0-D7 del primer puerto. la subrutina de seleccidn• Si el dato de entrada es 1, ir a la linea 00800• Si el dato de entrada es 2, ir a la linea 00500

El primer paso es verificar si existen las condiciones a las que se desea llevar cada zona del homo, por lo que se hace un chequeo en la localidad de memoria pare cada zona:• Si se tienen las tres condiciones a las que se sometera el homo, pasar a la conti nuacidn del

subprograma en la linea 01210• Si no se cuenta con la tres condiciones de temperature a someter al homo, pasar a la linea

00600

Se toma la temperature que se selecciono pare cada zona y se efectua la siguiente comparacion:• Si el dato de la temperature de la zona “A” no es igual al valor actual de la temperature del

homo detectado en la zona “A", ir a la siguiente linea 01220• Si el dato de la temperature de la zona “A” es igual al valor actual de la temperature del

homo detectado en la zona “A", ir a la siguiente linea 01240• Si el dato de la temperature de la zona “B” no es igual al valor actual de la temperature del

homo detectado en la zona “B’\ ir a la siguiente linea 01300• Si el dato de la temperature de la zona “B” es igual al valor actual de la temperature del

homo detectado en la zona “B”, ir a la siguiente linea 01320• Si el dato de la temperature de la zona “C” no es igual al valor actual de la temperature del

homo detectado en la zona “C", ir a la siguiente linea 01400• Si el dato de la temperature de la zona “C” es igual al valor actual de la temperature del

homo detectado en la zona “C", ir a la siguiente linea 01420

Con los datos de la localidad de memoria pare cada zona, por medio de la activation del microprocesador, se activa el segundo puerto en su pin Chip Enable por medio de la entrada CSI02 proveniente del decodificador / demultiplexor. Con la activacion del puerto se introducen en sus pines DO - D7, con esta informacidn se proportional la activacion del convertidor Digital Analdgico (DAC0808), por medio de las salidas del puerto PB0 - PB7 pare la zona “A”. El convertidor se encargard de mandar la informacidn correspondiente al actuador (TIP 31C),el cual produce el pulso constants de activation suficiente pare activar el

134

Relevador de estado S61ido (TD2425), que permite el paso del flujo de la Corriente Altema hacia la Resistencia de potencia que se encuentra en el nucleo refractario en la zona “A"

01230 Una vez activada la resistencia, se toma la lectura de la misma zona por medio de la detectiondel termopar en la zona “A”, es decir, el termopar detecta la temperatura, esta pasa por la referenda de temperatura para que el valor que esta proporcionando la resistencia sea el real18, despuds entra al preamplificador para tener asi una lectura apropiada para el manejo en la demds circuiteria, esto es, entra ya la information al convertidor analdgico digital (ADC0808), la subrutina de lectura de temperatura del homo en la zona “A” es mandada por un subprograma de la memoria, en donde el microcontrolador activa al segundo puerto como puerto de entrada de information en sus pines PAO - PA7, lee el valor de salida del convertidor analdgico digital en su pin de salida INO, activado por las lineas de habilitacidn (Andress line) por orden del microcontrolador en su habilitacidn de la salida de los pines PCO - PC2, que son las que detcrminan cual de las lectures de entrada de los termopares va a pasar al segundo puerto.Con esta information que entra al segundo puerto, sale por el mismo en sus pines DO - D7 ya multiplexada en forma digital pare entrar a la memoria y efectuar una subrutina interna pare comparer la temperature de entrada con respecto a la temperature seleccionada al principle, esta subrutina permitird la continuidad de la activation de la etapa de potencia en la zona “A” y en dado caso que el valor detectado sea igual al valor seleccionado, se desactivard la etapa de potencia pare la zona ”A”. Pare dsta, tambidn por una orden del microcontrolador, se activa al primer puerto pare que entren en sus pines DO -D7 y los datos de la temperature salen por los pines PAO - PA7, informacidn que pasa cada uno por su inversor correspondiente pare entrar a los display y desplegar el date correspondiente que va a set presentado de acuerdo a la velocidad que mande el microcontrolador por medio de los pines de salida PC4 - PC7, instmcciones que son llevados al decodificador decimal pare determinar la posicidn del display que presentara la informacidn, asi como la velocidad de despliegue del mismo. Esto es en caso de que se tenga activada la zona pare que lo despliegue en los displays. Por lo tanto, tiene que irse a la linea 01210

01240 Como el valor de la temperature del homo es igual a la temperature que se selecciond en estazona, se tiene que detener la activacidn de la etapa de potencia pare esta zona, por lo que la information de la comparacidn se manda al segundo puerto en sus pines DO - D7, la cual se encarga de mandar la orden de no habilitar al convertidor digital analdgico (DAC0808) pare que ya no mande la serial de activacidn por pulso al actuador correspondiente y asi sea desactivado el Relevador de Estado Sdlido (TD2425), siendo este medio de conmutacion forzada el que desactiva al Triacs que contiene el Relevador de Estado Sdlido pare que deje de fluir corriente hacia la resistencia que corresponde a esta zona

01250 Una vez que se tiene estable el valor de la temperature pare esta zona, irse a la linea 01500

01300 Con los datos de la localidad de memoria pare cada zona, por medio de la activacidn delmicroprocesador se activa el segundo puerto en su pin Chip Enable por medio de la entrada CSI02 proveniente del decodificador / demultiplexor. Con la activacidn del puerto se introducen en sus pines DO - D7, con esta informacidn se proportionat'd la activacidn del convertidor digital analdgico (DAC0808) por medio de las salidas del puerto PB0 - PB7 pare la zona “B”. El convertidor se encargard de mandar la informacidn correspondiente al actuador (TIP 31C) que produce el pulso constante de activacidn suficiente pare activar el Relevador de Estado Sdlido (TD2425), que permite el paso del flujo de la Corriente Altema hacia la Resistencia de potencia que se encuentra en el nucleo refractario en la zona “B”

18 Entendiendo que la temperature real es la que estd proporcionando la resistencia, es decir, la temperatureactual menos la temperature ambiente que se propicia.

135

01310

01320

01330

01400

01410

Una vez activada la resistcncia, se toma la lectura de la misma zona por medio de la detection del termopar en la zona “B”, es decir, el termopar dctecta la temperatura. esta pasa por la referenda de temperatura para que el valor que esta proporcionando la resistcncia sea el real19, despuds, entra al preamp! ificador para tener asi una lectura apropiada para el manejo en la demis circuiteria,, entra ya la information al convertidor analdgico digital (ADC0808), la subrutina de lectura de temperatura del homo en la zona “B” es mandada por un subprograma de la memoria, en donde el microcontrolador activa al segundo puerto como puerto de entrada de informacidn en sus pines PAO - PA7, que lee el valor de salida del convertidor analdgico digital en su pin de salida INI, el cual fue activada por las lineas de habilitacidn (Andress line) por orden del microcontrolador en su habilitacidn de la salida de los pines PCO - PC2, que son las que determinan cual de las lecturas de entrada de los termopares va a pasar al segundo puerto.Con esta informacidn que entra al segundo puerto, sale por el mismo en sus pines DO - D7 ya multiplexada en forma digital para entrar a la memoria y efectuar una subrutina interna para comparer la temperature de entrada con respecto a la temperature seleccionada al principio, esta subrutina permitira la continuidad de la activacidn de la etapa de potencia en la zona “B” y en dado case que el valor detectado sea igual al valor seleccionado, se dcsactivarA la etapa de potencia pare la zona "B”. Pare esta, tambidn por una orden del microcontrolador, se activa al primer puerto para que entren en sus pines DO -D7 y los dates de la temperature salen por los pines PAO - PA7, informacidn que pasa cada una por su inversor correspondiente para entrar a los display y desplegar el dato correspondiente que va a ser presentado de acuerdo a la velocidad que mande el microcontrolador por medio de los pines de salida PC4 - PC7, instrucciones que son llevadas al decodificador decimal pare determinar la posicidn del display que presentari la informacidn, asi como la velocidad de despliegue del mismo. Esto es en caso que se tenga activada la zona para que lo despliegue en los displays Por lo tanto, tiene que irse a la linea 01210

Como el valor de la temperature del homo es igual a la temperature que se selecciono en esta zona, se tiene que detener la activacidn de la etapa de potencia pare esta zona, por lo que la informacidn de la comparacidn se manda al segundo puerto en sus pines DO - D7, la cual se encarga de mandar la orden de no habilitar al convertidor digital analdgico (DAC0808) para que ya no mande la serial de activacidn por pulso al actuador correspondiente y asi sea desactivado el Relevador de Estado Solido (TD2425), siendo este medio de conmutacion forzada el que desactiva al Triacs que contiene el Relevador de Estado Sdlido pare que deje de fluir corriente hacia la resistcncia que corresponde a esta zona

Una vez que se tiene estable el valor de la temperature para esta zona, irse a la linea 01500

Con los datos de la localidad de memoria para cada zona, por medio de la activacidn del microprocesador se activa el segundo puerto en su pin Chip Enable por medio de la entrada CSI02 proveniente del decodificador / demultiplexor. Con la activacidn del puerto se introducen en sus pines DO - D7, con esta informacidn se proportionate la activacidn del convertidor Digital Analdgico (DAC0808) por medio de las salidas del puerto PB0 - PB7 pare la zona “C”. El convertidor se encargara de mandar la informacidn correspondiente al actuador (TIP 31C), que produce el pulso constante de activacidn suficiente pare activar el Relevador de Estado Sdlido (TD2425) que permite el paso del flujo de la Corriente Altema hacia la Resistcncia de Potencia que se encuenlra en el nucleo refractario en la zona “C”

Una vez activada la resistcncia, se toma la lecture de la misma zona por medio de la detection del termopar en la zona “C”, es decir, el termopar detecta la temperature, esta pasa por la

19 Entendiendo que la temperature real es la que eslA proporcionando la resistcncia, es decir. la temperatureactual menos la temperature ambiente que se propicia.

136

referenda de temperature para que el valor que estA proporcionando la resistencia sea el real20, despues entra al preamplificador para tener as! una lecture apropiada pare el manejo en la demas circuiteria, esto es, entra ya la informacidn al convertidor analdgico digital (ADC0808) la subrutina de lecture de temperature del homo en la zona “C", es mandada por un subprograma de la memoria, en donde el microcontrolador activa al segundo puerto como Puerto de entrada de informacidn en sus pines PAO - PA7,el cual lee el valor de salida del convertidor analdgico digital en su pin de salida IN2, que fue activada por las lineas de habilitacidn (Andress line) por orden del microcontrolador en su habilitacidn de la salida de los pines PCO - PC2, que son las que determinan cual de las lectures de entrada de los termopares va a pasar al segundo puerto.Con esta informacidn que entra al segundo puerto, sale por el mismo en sus pines DO - D7 ya multiplexada en forma digital pare entrar a la memoria y efectuar una subrutina interna pare comparer la temperature de entrada con respecto a la temperature seleccionada al principio, esta subrutina permitirA la continuidad de la activacidn de la etapa de potencia en la zona “C” y en dado caso que el valor detectado sea igual al valor seleccionado, se desactivarA la etapa de potencia pare la zona ”C”. Pare dsta, tambidn por una orden del microcontrolador, se activa al primer puerto pare que entren en sus pines DO -D7 y los dates de la temperature salen por los pines PAO - PA7, informacidn que pasa cada uno por su inversor correspondiente pare entrar a los display y desplegar el dato correspondiente que va a ser presentado de acuerdo a la velocidad que mande el microcontrolador por medio de los pines de salida PC4 - PC7, instrucciones que son llevadas al decodificador decimal para determinar la posicidn del display que presentara la informacidn, asi como la velocidad de despliegue del mismo. Esto es en caso que se tenga activada la zona pare que lo despliegue en los displays. Por lo tanto, tiene que irse a la tinea 01210

01420 Como el valor de la temperature del homo es igual a la temperature que se selecciond en estazona, se tiene que detener la activacidn de la etapa de potencia pare esta zona, por lo que la informacidn de la comparacidn se manda al segundo puerto en sus pines DO - D7, la cual se encarga de mandar la orden de no habilitar al convertidor digital analdgico (DAC0808) para que ya no mande la seflal de activacidn por pulso al actuador correspondiente y asi sea desactivado el Relevador de Estado Sdlido (TD2425), siendo este medio de conmutacidn forzada el que desactiva al Triacs que contiene el Relevador de Estado Sdlido pare que deje de fluir corriente hacia la resistencia que corresponde a esta zona

01430 Una vez que se tiene estable el valor de la temperature pare esta zona, irse a la linea 01500

01500 Se efectua un chequeo de las tres zonas pare ver si todas estdn a la temperature que se lesselecciond en el principio.• Si ya se tienen las Ires temperatures de las zonas en su valor, pasar a la linea 00500• Si no se tienen las tres temperatures de las zonas en su valor, pasar a la linea 01210

01600 Se precede a apagar el equipo saliendo de todos los procesos que se estuviesen efectuando, porlo que sera efectuado un reset pare dejar al programa listo pare su posterior uso

20 Entendiendo que la temperature real es la que estA proporcionando la resistencia, es decir, la temperatureactual menos la temperature ambiente que se propicia.

137

CAPITULO V

RESULT ADOS EXPERIMENT ALES

Alimentation del sistema de tratamiento termico

Como esta planteado a un principio en las condiciones de operation del sistema, se necesitan 220 Volts de CA para alimentar a cada una de las resistencias, y al contar en el laboratorio con una linea de alimentation trifisica de cinco kilos en estrella, se toma la alimentacion entre dos fases para obtener 220 Volts de CA, los cuales fueron altemadas para que exista un balanced de carga en la linea y no sob recar gar de corriente a dos conductors Tambidn se tomd la linea de tierra para realizar las conexiones correspondientes de seguridad para el sistema y de uno mismo para cuando se estd operando el sistema. La linea de neutro se emplea tambien junto con una de las fases para llevar la alimentacidn al transformador que alimentari a la circuiteria del sistema electrdnico.

Homo de 3 zonas

— Fuente de VCD Circuito de control

Teniendo una satisfactoria respuesta en las conexiones y a la alimentacidn de cada una de las resistencias del sistema, que se realizaron en forma directa como se mostrd en el anterior dibujo, en el cual se llego a tener en" cada una de las resistencias una corriente de 6 Amperes.

Resultados de las pruebas realizadas en las tres zonas de calentamiento del sistema de tratamiento tirmico

Al realizar las pruebas de calentamiento de las tres zonas del homo eldctrico, cada una de estas, tiende a elevar su temperature en forma independiente y su comportamiento en los tres casos es igual, pues tiende a subir en forma casi lineal, pero tiende a elevarse con mayor rapidez en la zona 2 (zona central) debido a la aportation que tiene por los costados de las zonas 1 y 2; ademis, dstos al estar en sus extremes en relacidn al centra a una distancia de 7.5 cm aproximadamente de la orilla limite del homo, su respuesta de generacidn de calor es mis lenta por estar cerca de la temperature ambiente. Cada uno de estos comportamientos lo podemos apreciar en cada una de las tablas de calentamiento pare cada zona.

139

1100

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0

Tabla de calentamiento de la zona R1

12 18 24 30 36 42 48 54 60 66

Tiempo de calentamiento (min)

140

Tabla de calentamiento de la zona R2

U 500

i ■ i lil

12 18 24 30 36 42 48 54 60 66

Tiempo de calentamiento (min)

141

Tabla de calentamiento de la zona R3

1 . 1 ii ; i

12 18 24 30 36 42 48 54 60 66

Tiempo de calentamiento (min)

142

Resuliados de la derivada de cada zona de calentamiento

En relacidn al tiempo de respuesta del cambio de la temperatura de cada una de las zonas, dsta es obtenida de cada grafica de calentamiento y la podcmos ver en la derivada correspondiente a cada zona, en las cuales tenemos que su comportamiento y elevacidn de temperatura aportada al sistema con relacidn al tiempo, es en un principio muy rApida, pues la disipacidn de la resistencia esta al mAximo y empieza a calentar toda el Area del nucloo refractario y conforme avanza el tiempo dsta tiende a irse a la estabilizacidn, es decir que la disipacidn de calor llega a su mAximo al producirse los 1500 Wats por cada zona y conforme se vaya acumulando, o bien, la entrega de calor se va guardando mAs en cada zona, la oposicidn a la elevacidn de temperatura es mayor por lo que la entrega de calor tiende a estabilizarse y a elevarse con menor rapidez, para ilegar asi a la temperatura a la que sc desea someter a la columna einpacada. Lo anterior lo podemos apreciar en las grAficas de la derivada de cada zona de calentamiento.

143

Derivada de la zona R1

Tiempo de cambio

Derivada de la zona R2

Tiempo de variacion

145

Derivada de la zona R3

48 54 6018 24 30 36 42

Tiempo de cambio

Interpretacidn del control de activacidn de las resistencias por medio de los relevadores de estado sdlido

Para tener un control en la activacidn de cada una de las zonas de calentamiento por separado, se procedid a la activacidn por medio de los relevadores de estado sdlido que se conectaron en serie con respecto a cada una de las resistencias alimentadas con un voltaje de 220 Volts de CA pero sin corriente, ya que hasta que el relevador fuese activado, permitirA la conduccidn de 6 Amperes. Dicha activacidn por parte de los relevadores estari controlada por la etapa de control, la cual gira instrucciones de activacidn o desactivacidn por medio de la comparacidn de la temperatura deseada para someter a la columna empacada, todo esto manipulado por las diferentes etapas del sistema minimo. Lo anterior lo podemos ver en la siguiente figura.

Funcionamiento del control del sistema minimo

Con respecto al funcionamiento del circuito de control (sistema minimo), 6ste funciona de la siguiente forma.• Cuando el equipo es alimentado por su respectiva fuente de voltaje, empieza con la rutina interna del

microcontrolador para poder inicializar el programa.• Dicha rutina consiste en que empieza un programa intemo del microcontrolador, el cual manda la primer

activacidn reforzada por unos latch21 que van al decodificador para activar a la memoria EPROM que se encarga de mandar la primera instruccidn para hacer el barrido de la memoria residente que pudo haber quedado en la anterior ejecucidn del programa, a la vez que limpia toda la information que pueda haber en los puertos.

• Una vez que esta limpia de toda informatidn, se activa la habilitacidn de un puerto como salida desplegando en la pantalla la palabra “listo” que es la sefial con la cual uno puede empezar a trabajar con el teclado y asi seleccionar las condiciones de trabajo a que se desea llevar al circuito, por lo que el puerto ahora esta activado como de entrada de datos.

21 El cual permite que el direccionamiento de entradas y salidas de los datos rumbo a los puertos y a las memorias.

147

Las condiciones que se le ordenen al microcontrolador por medio del teclado las va a efectuar por diferentes subrutinas, las cuales dependen de la instruccidn de entrada.

Subrutinas que debera efectuar el sistema minimo

Dentro de las subrutinas que tendra el microcontrolador se encuentran:• Comparer la temperature de la zona actual con la temperature establecida en el principle de la activacidn del

programa, de la cual depende el activar o desactivar el flujo de corriente hacia las rcsistencias y que se rcaliza por medio de la activacidn de una serial que manda el puerto al convertidor digital analdgico pare que este active a los relevadores de estado sdlido, los cuales permiten el flujo de corriente altema hacia las rcsistencias del homo.

• Tambien esti la recepcidn de la temperature producida por los termopares que mediante la generacidn de una diferencia de potencial del orden de milivolts generado entre sus puntas al ser calentada su um6n, la cual esta referida a 0°C (por medio de la referenda de temperature), nos proporciona una lecture real de la temperature a la que se le esta sometiendo al homo, para poder leer una temperature contra voltaje la lecture de entrada es amplificada (con una ganancia establecida en la etapa de amplificacidn de instmmentacion), ademas de que es mas filed mampular los datos en los circuitos con unidades de corriente y voltaje del orden de volts y miliampers.

• Dentro del anterior dato de entrada que puede ser cualquiera de las tres temperatures, son defmidas como entrada por la activacidn de una de ocho entradas del convertidor analdgico digital (en este caso sdlo se tienen tres lectures de entrada). Dicha seleccidn es determinada por una subrutina, la cual es ordenada por la activacidn de una instruccidn desde el teclado, misma que habilita al puerto como de escritura pare determinada zona, dicha serial entre digitalizada y se manda a una subrutina pare posteriormente sea desplegada en el teclado o sea comparada.

• Realizar las operaciones correspondientes a la etapa de control del sistema como son los calculos de la ccuacidn del PID que se utilizaron pare la entonacidn del controlador, es decir, se introdujeron los valores de la temperature a la que se desea llevar al homo por medio del teclado y con respecto a la ecuacidn ya establecida con sus constantcs antes calculadas, se efectuan los cdlculos en relacidn a las variables (que en este caso es la temperature).

• Los valores de las constantes Kp, Ki y Kd utilizados pare la entonacidn de la ecuacidn del PID y con los que trabajari el microcontrolador se obtendrdn del calculo que se realice pare el valor de la pendiente que se obtienc de la curva de calentamiento de la zona central del homo cuando fueron realizadas las pmebas de calentamiento de las 3 zonas del homo.

148

Tabla de calentanuento de la zona R2 en 2 min para la obtencion de la pendiente

Tiempo de calentamiento (min)

149

Tabla dc calentamiento de la zona R2 en 2 min para la obtcncion dc la pendicnte

•5 75 -

Ticmpo de calentamiento (min)

150

Derivada de la zona R2 en 2 min

Tiempo de cambio

151

CAPITULO VI

CONCLUSIONES

Conclusiones generates del sistema de tratamiento tirmico de residuos peligrosos en tres zonas de calentamiento

a base de un microcontrolador

En relacidn a la respuesta de calentamiento del sistema, el tiempo minimo que se llevo para elevar a una temperatura de 1000°C en la zona central esti entre 55 a 56 minutos, lo que en otro sistema llevaria un tiempo de tres a cuatro boras para llegar a estas temperaturas. For lo que podemos decir que bste sistema de calentamiento es altamente eftciente con respecto al tiempo.

El comportamiento de los nucleos refractarios fue satisfactorio, ya que al ser sometidos a alta temperatura no bubo problemas como el de ruptura, que podia haber sido por la mala calidad o mala eleccibn del cemento refractario. Tambibn, otra de las conclusiones satisfactorias obtenidas dentro de este punto fue el de las resistencias que, estando dentro de los nucleos y aisladas con relacidn a la columna empacada, no presentaron ningun problema; ademas, las tres zonas de resistencia estin dentro de la tolerancia del diseflo, por lo que su disipacidn de 1500 Watts esta tambibn dentro de las condiciones de diseflo.

Por otra parte se mejora el control del homo al hacer en forma digital su control y aumentando la eficiencia del sistema al tener tres zonas de calentamiento, ya que la concentracibn de la temperatura es mis constante a lo largo de las tres zonas de calentamiento, por lo que el valor de la temperatura sera mas controlada en todo memento.

La respuesta de la deteccibn de la temperatura a la que se esta sometiendo al homo es aceptable, debidos a que la construccibn de los termopares tipo K realizados con material nique-cromo y montados en el homo, responde a las condiciones que se establecieron. Junto a esta tenemos tambien que la referencia de temperatura a 0°C en su versibn electrbnica, nos facilita el manejo de las conexiones con lo restante del sistema de control electrico, eliminando errores que se podrian detectar con el baflo de hielo.

Refercnte a la etapa de amplificacibn, se presentaron diferentes problemas como fue la calibracibn del equipo en la salida del amplificador de instmmentacibn hacia el convertidor analogico digital, tambibn la alta sensibilidad que tienen los operacionales al ruido, pues si bste se presentaba tanto en la fuente de alimentacibn como en cualquiera de sus etapas intermedias de amplificacibn, nos llegaba a oscilar la respuesta de amplificacibn a la salida, es decir, no se estabilizaba el sistema. Dicha calibracibn se realizb conectando las entradas del amplificador a tierra (para tener cero volts a la entrada) y por medio del ajuste de los potenciometros conectados a cada amplificador para que no funcionen como osciladores, se llevaron al mismo diferencial de potencial para obtener a la salida una amplificacibn de cero con respecto a la entrada. Una de las posibles soluciones que se le puede dar a este problema, es el utilizar encapsulados que contengan ya sea el amplificador de instmmentacibn en un solo integrado o minimo que esten dos amplificadores en el mismo, y tambien el utilizar fuentes de arranque sincrono para evitar problemas de ruido que scan introducidos al circuito.

En lo que se refiere a la etapa de potencia, se eliminaron en gran cantidad los posibles problemas de activacion, arranque, estabilidad, mido, etc. que se podian tener en la construccibn de la etapa de activacibn de corriente (etapa de potencia), hacia las resistencias por medio de circuiteria con SCR's, Triacs, transistores, optoacopladores, resistencias, etc.

153

ANEXOS

Anexo "A "

Deftniciones generates de Residuos Peligrosos

Askarel: Tdrmino gendrico para un grupo de hidrocarburos clorinados sintdticos no flameables usados como medio de aislamiento el6ctrico. Hay diferentes tipos de askareles de acuerdo a su modo de empleo y de acuerdo a esto, al porcentaje de PCB's que lo componen.

PCB's: Nombre que se les da a los policloros bifenilos (difenilpoliclorados) que se clasifican de acuerdo al porcentaje de cloro constituido en su moldcula

Una cantidad de algunos milimetros de askareles en fase liquida serin introducidos al reactor de tratamiento tdrmico, combinindose con el gas acarreador, en donde la funcidn de la temperatura es acelerar la reaccidn de oxidacidn y fomentar la ruptura de los enlaces. Este tratamiento tdrmico es por oxidacidn y no por incineracidn.

A continuacidn se presenta la “hoja de datos de seguridad del material”, donde se ban anotado los datos e informacidn recopilados de los PCB's comerciales.

Datos de seguridad del material

Identificacidn del producto

Nombre delproducto

Aroclor 1232 Aroclor 1242 Aroclor 1248 Aroclor 1254 Aroclor 1260

Sindnimos Clorodifenilo (23% Cl) PCB 1232

Clorodifenilo (42% Cl) PCB 1242

Clorodifenilo (48% Cl) PCB 1248

Clorodifenilo (54% Cl) PCB 1254

Clorodifenilo (60% Cl) PCB 1260

Familia quimica Hidrocarburosaromaticospoliclorados

Hidrocarburosaromiticospoliclorados

Hidrocarburosaroiniticospoliclorados

Hidrocarburosaromdlicospoliclorados

Hidrocarburosarontiticospoliclorados

Formula La mayor parte de los PCB son mezclas de isdmeros c pequeftas cantidades del diclorodifenilo.

el tri, tetra y pentaclorodifenilo con

% de cloro 31.4-32.5 42 48 54 60No. Cl/moldcula 2.04 3.1 3.9 4.96 6.3.Peso molecular 221 261 288 327 372Uso del producto Aislante

eldctrico, medio de transferencia de calor, fiuidos hidriulicos ylubricante.

Lubricantes,plastificantes,liquidosdieldctricos.

Aislanteeldctrico,lubricantes,plastificantes,liquidosdieldctricos.

Liquidos diel6ctricos para transformadores y capacitores, bombas de vacio y turbinas de gas.

Aditivos o base para lubricantes, aceites, grasas y plastificantes para hulesceluldsicos, dorados yvinilicos.

Tedricamente, estos compuestos en sus anillos de enlaces, estin const!tuidos de hidrdgenos, cloros y carbonos, que al someterlos a altas temperaturas y en combinacidn con el oxigeno se acelera su proceso de oxidacidn y se rompen sus anillos formando los compuestos que se explican a continuacidn en el dibujo.

Este es el mecanismo de las reacciones que tedricamente pueden ocurrir cuando se precede a darle un tratamiento termico a estos residuos peligrosos. Del mismo, se puede observar que los productos que se forman son: clorobenceno, diclorobenceno, triclorobenceno, hidrogeno, cloro, dcido clorhidrico y la molecula original,

155

aqui se toma en cuenta que solamente se esta tomando como ejemplo uno de los isdmeros (2, 2,4 triclorodifenilo).

1. - Ruptura

■* Diclorobenceno

ci- +

cr + crH+ + Cl-

> Diclorobenceno

* Hidrogeno

* Cloro

* Acido clorhidrico

Adeinas de algunos porcenlajes de Oxigeno, Agua, Bidxido de carbono, Monoxide de carbono, Ozono. Una vez comprendido el proceso que ocurre cuando se irradian muestras 2, 2,4 triclorodifenilo, puede realizarse el anilisis de riesgos en la experimentacidn que se realice en el laboratorio con este producto, por lo que se presenta a continuacidn un analisis de la precauciones y los riesgos que se deben y pueden tener en el manejo de estos componentes.

1.- Almacenamiento

En el lugar donde se almacenen muestras de PCB 's se tienen los siguientes riesgos:• Contaminacidn externa del envase que contenga la muestra de PCB, por lo cual el personal debera utilizar

guantes de hide para su manipulacidn y de preferencia, colocar el recipiente dentro de una bolsa de plAstico hermdtica.

• Fuga del envase, por lo que se recomienda que dicho envase se almacene en un lugar seguro y dentro de una bolsa de plistico hermdtica para preventr contaminacidn del laboratorio

• Derrame o goteo cuando se transvase la muestra al depdsito de recirculacion del dispositive de irradiacion, por lo tanto, dicha operacidn debeii realizarse con las precauciones necesarias, como son: realizar la operacidn dentro de una campana de extraccion con fdtro y en una charola con papel absorbente para que en su caso, se absorba el derrame o goteo en el. El papel absorbente y los filtros de la campana de extraccion contaminados, deberin ser colocados dentro de una bolsa de plastico hermetica para su posterior disposicidn.

156

Formacidn de gases altamente tdxicos (dioxinas y furanos) por la combustidn de las muestras de PCB durante un incendio, por lo que se recomienda almacenar las muestras en un lugar seguro y a prueba de fuego, por ejemplo, el interior de la campana de extraccidn.

2.- Nombres comerciales

Aroclor Monsanto Co., EUA.Pyranol General Electric Co., EUA.Clophen Farbenfabriken Bayer A. G, Alemania.Fenclor Caffaro, Italia.Kanechlor Kanefaguchi Chemical Co., Japdn.Pyralene Prodelec, Francia.Sovtol URSS.

3. - Equipo de proteccidn

Goggles o careta, bata de laboratorio y mandil; guantes de “Viton”, betas.

4. - Precauciones de manejo

NacionalesSumamente tdxico. Dafiino si se ingiere, inhala o absorbe por la piel. Se reporta que causa edneer en am males

de laboratorio. Mantdngase alejado del calor y la llama No dejar ingresar en los ojos, piel o ropa. No respirar los vapores. Mantener el envase hermdticamente cerrado. Mandjese con ventilacidn adecuada. LAvese las manos vigorosamente despuds de manejarlo. En caso de derrame, absdrbase con arena o tierra.

In ter nacionalesDafiino por inhalacidn e ingestion.Mantdngase fuera del alcance de los niflos. Evite contacto con los ojos.

5. - Components y contaminantes

Componente: Policloro difeniloLa cantidad de PCB s presente en los materiales ambientales puede set determinada usando la norma ASTM D3304-74. “Standard Method for Analysis of Environmental Materials for Chlorinated Biphenyls”.

6 - Peligro de fuego y explosidn

Punto de inflamacidn (copa abierta):176 - 195°C.

Temperatura de autoignicidn:N/A.

Medios de extincidn:Use extinguidores de didxido de carbono y tetracloruro de caibono.

Procedimientos especiales de combate de fuego:Los bomberos deben usar equipo de proteccidn apropiado, asi como mascarillas con respiradores autdnomos. Mover los contenedores del Area de fuego si se puede hacer sin correr riesgos. Usar agua para mantener frios los contenedores expuestos al fuego.

Peligros inusuales de fuego y explosidn:Los contenedores cerrados expuestos al calor pueden explotar.

Gases tdxicos producidos.Policlorodibenzofuranos y dioxinas.

Sensibilidad a explosiones por impacts mecanicos:

157

Ninguna identificada.Sensibilidad a explosiones por descargas estiticas:

Ninguna identificada.

7.- Propicdades fisicas

Aroclor 1232 Aroclor 1242 Aroclor 1248 Aroclor 1254 Aroclor 1260Estado fisico Liquido Liquido Liquido Liquido viscoso Resina pegajosa

Dcnsidad(g/cm3)

1.24 1.35 1.41 1.5 1.58

Valor pH N/A N/A N/A N/A N/APeso especifico

(agua = 1) 15.5°C

Punto de ebullicidn (°C)

340 - 375 365 - 390 385 - 420

Punto de inflamacidn

(copa abierta) CC)

176 - 180 195

Presidn de vapor (mm Hg a 225°C

55 50

Presidn de vapor (Pa a 20°C)

0.54 0.05-0.13 0.0085 -0.11 0.008 - 0.02 0.0002 -0.012

Solubilidad (agua, glicerina

y glicoles)

Insoluble Insoluble Insoluble Insoluble Insoluble

Solubilidad en solvenles

Solubles en la mayor parte de solvenles organicos comunes.

8.- Datos de riesgos a la salud

Valor limite de umbral (TLV/TWA): 0.5 mg/m3 (54 % cloro)1.0 mg/m3 (42 % cloro)

Limite permisible de explosidn (PEL): 0.5 mg/m3 (54% cloro)1.0 mg/m3 (42 % cloro)

Toxicidad de los componentes:Dosis LD50 (oral para ratas) 1320 mg/kgSe ha encontrado que a mayor contenido de cloro de los PCB, son mas dificiles de biodegradar y que son mis tdxicos, ademis de que se van bioacumulando, principalmente en el tejido graso.

Carcinogenicidad:Evidencia limilada en humanos, pero suficiente en animales de laboratorio.

Efectos reproductivos:Pruebas en gallinas de laboratorio demostraron una disminucibn en la capacidad para empollar y efectos teratogbnicos en los embriones.

Efectos de sobre exposicidn;Envenenamiento sistemico con disturbios digestives, impotencia, atrofia amarilla del higado.El contacto repetido produce eloroaend, quisles sebdeeos y puntos negros, principalmente en la cara, antebrazos y tronco.Irritation y bioacumulacionEnvenenamiento sistemico con disturbios digestives, impotencia, atrofia amarilla del higado.

Inhalacidn

Contacto con la piel

Contacto con los ojos Ingestion

158

Efectos Crdnicos Dafios al higado y efectos reproductivos.Organo(s) bianco:

Se acumula principalmente en el tejido graso.Ruta primaria de incorporacidn:

Inhalacidn, ingestidn, contacto con los ojos o piel.Procedimientos de emergencia y primeros auxilios:

Ingestidn: Llame al mddico si es ingerido.Inhalacidn: Si es inhalado, lleve al paciente al aire fresco.Contacto con la piel: En caso de contacto, lave inmediatamente con abundante agua y jabdn la piel al menos durante 15 mi autos mientras quita la ropa y calzado contaminados. Lave la ropa antes de reusarlaContacto con los ojos: En caso de contacto con los ojos, livelos inmediatamente con abundante agua al menos durante 15 minutos.

9. - Informacidn sob re Reactividad

Estabilidad: Estable, se considera quimicamente inhertes.Polimerizacidn peligrosa: No ocurre.Evitar condiciones de: Calor, flama u otras fuentes de ignicidn.Incompatibilidad con. N/A.Productos de descomposicidn termica: Policlorodibenzofuranos y policlorodibenzodioxinas.

10. - Procedimiento en caso de vertimiento y disposicidn

Operacidn en caso de vertimiento o descarga:Utilice equipos de respiracidn autdnomos y ropa de proteccidn completa. Detenga la fuga si to puede hacer sin correr riesgos. Rocie agua para teducir los vapores Absorba con arena o cualquier otro material absorbente no compatible y pdngalo dentro de un contenedor para su posterior disposicidn.

Procedimientos de disposicidn:Disponga de los residues del material de acuerdo con todas las regulaciones ambientales federales, estatales y locales aplicables22.

11. - Precauciones de manejo y almaccnamiento

Requerimientos para su almaccnamiento:Mantenga el contenedor cerrado hermdticamente Almacene en un drea segura adecuada para venenos. Almacene en una Area fresca, bien ventilada y alejada de fuentes de calor, flama o ignicidn.

12. Informacidn adicional y para su transporte

Domdstico:Nombre de transporte: Bifenilos polihalogenados, liquidos o sdlidos. Clase de riesgo: 9 (N.U.).Cantidad reportable: Cualquiera.Grupo de empaques: II.Sefialamientos: Clase 9 Mantdngase alejado de alimentos.

Internationales:Nombre de transporte: Bifenilos polihalogenados, liquidos o sdlidos. Clase de riesgo: 9 (N.U.).Grupo de empaques: II Contaminante marino: Si.Sefialamientos: Clase 9 Mantdngase alejado de alimentos.

22 Ver las normas oficiales mexicanas aplicables

159

Etiqueta (ICC, CG, I AT A): Veneno.

13.- Equipo de protection industrial

Ventilaci6n:

Proteccibn respiratoria: Proteccibn para Ojos/Piel:

Utilice ventilacibn o extraccibn general o local para alcanzar los requerimientos TLV.Se requiere proteccibn respiratoria si la concentracibn del aire rebasa el TLV. Lentes de seguridad y careta, uniforme, bata, guantes de “Vitron”, botas.

160

Anexo “B”

Relevador de Estado Sdlido

Introduced a los Relevadores de Estado Sdlido Especificaciones y caracteristicas de los SSR's CRYDOM Algunas aplicaciones Msicas de los SSR's

SOLID STATE RELAYS AND INPUT/OUTPUT SWITCHES

CRYDOM SHORT FORM CATALOG

Introduction to Solid State RelaysBY R.W. FOX

APPLICATIONS MANAGER

In recent years, the semiconductor industry has introduced two important advances which have made possible the solid state relay. The first was the introduction of glass passivated thyristor chips and the second was low cost photo couplers. The development of glass pass­ivated thyristors made it practical to mount the device chips directly onto a ceramic insula­ting substrate. This allows considerable savings in both cost and size required to build a set of power contacts for a solid state relay.

Electrical isolation in electronic circuits has traditionally been accomplished by trans­formers. Transformers have the disadvantages of making a solid state relay bulky and relatively high cost; the high interwinding coupling capacitance and reliability are frequently inferior to that of the other solid state circuit components. The development of the light- emitting diode type of photo isolator has given the circuit designer a means of electrical isolation which compliments the other solid state circuit components.

The type of photo isolator used in a solid state relay has a light-emitting diode which emits radiation in the infra-red region. It is optically coupled, though physically isolated by a di­electric material, to a photo transistor. The light-emitting diode/photo transistor pair is usually molded in a plastic case with large external tracking distances between input and output terminals. The photon isolation is a direct current coupling technique. It allows simplification of the solid state relay circuitry and better performance than is possible with transformer coupled circuits.

Solid state relays offer distinct advantages over electro-mechanical relays in many applica­tions. Table 1 compares Crydom solid state relays to electro mechanical relays.

1. In a Crydom relay there is less than eleven picofarads of input output coupling capacitance and no magnetic coupling at all since the relays contain no electro­magnetic components. This results in a system essentially free from noise trans­mitted from the power circuitry back into the signal level control circuitry. The inclusion of the zero voltage turn-on, coupled with the zero current turn-off characterisitic of the thyristor ouput devices, eliminates the sharp discontinuities in the current waveform which give rise to transients being generated by load switching.

2. The long term reliability of the solid state relay exceeds that of electro mechanical relays since there are no mechanical wear out parts in the solid state relay when operated within rated conditons. A typical mechanical AC power relay will have a life of about 1,000,000 operations when operated under rated load conditons. If the application required operation every ten seconds, rated life of the electro­mechanical relay would be reached in four months. With the need for equipment that has a useful lifetime of from five to ten years, the use of solid state relays can offer distinct cost savings and increased equipment reliability over the life of the equipment.

163

TABLE 1

EVALUATION CRITERIA CRYDOMSS RELAYS

ELECTRO MECH RELAYS

1. Signal de-coupling andRFI-free operation XXX 0

2. Long-term reliability XXX X

3. Zero-voltage switching at no additional cost XXX 0

4. l/C Compatibility XXX 0

5. Ability to handle poor power factor XXX X

6. Small package-to-power output ratio XXX XX

7. Explosion resistant XXX 0

8. Shock and vibration resistant XXX X

9. Silent operation XXX 0

10. Terminal versatility XXX XX

11. Cost (watts/dollar for equivalent performance) XXX X

EVALUATION RATINGS: XXX = Superior XX = Good X = Poor O = Non-Existent

3. Zero voltage switching, as mentioned above, eliminates the switching transients generated by electro mechanical relays. In addition, zero voltage switching of incandescent lamp loads can increase lamp life by reducing the mechanical lamp turn-on stresses. A third advantage occurs in zero voltage switching of heating loads. Early solid state heating controls operated on a phase control system. This caused an effective drop in power factor, as well as creating transients on the power line. Zero voltage switching retains the unity power factor of most heating loads along with eliminating the line transients associated with phase control systems.

4. The input power requirements for Crydom DC input units is low enough to be compatible with T^L, DTL, CMOS and several other integrated circuit logic families. This low control power requirement is impossible for all electro-mechani­cal relays except a few sensitive reed and special purpose low current relays. With Crydom relays, direct control of 40 ampere loads is possible directly from mini­computers or other integrated circuit logic configurations.

5. With the solid state "contacts" of Crydom relays there are no arcing contacts which cause erosion when switching inductive loads. Most electro mechanical relays must be severely derated when used on low power factor loads to maintain contact life. With the thyristors as the power control element, Crydom solid state relays require no such derating and are equally reliable on inductive or resis­tive loads.

164

6. The package of Crydom solid state relays measures only 2.25 x 1.75 x .87 inches (57.2 x 44.4 x 22.2 mm). The relays available in this package are often called on to serve applications which would require a NEMA size 0 or size 1 contactor. The space saved by these relays can mean smaller equipment packages and thereby additional cost savings.

7. Crydom relays are of a completely solid construction using entirely solid state components. These components are then fully encapsulated by transfer molding. This provides a completely solid block which cannot produce hazardous arcing.

8. The rigid, solid system described above provides an extremely rugged device. Crydom solid state relays can be operated in high shock and vibration enviro ments where electro mechanical relays or even hybrid (i.e., reed triggered triac) relays cannot be used.

9. The absence of moving components in the Crydom relays provide completely noiseless operation. This becomes of great importance where the equipment containing relays must be used in environments where people must work such as in offices and laboratories.

Lug Terminal Mounting Bare Wire Terminal Mounting

"Quick Connect" Terminal Mounting PC Board Terminal Mounting

Figure 1.

165

/

10. Crydom solid state relays have been designed for a variety of inter connection methods as is shown in Figure 1. The terminal layout is such that size and spacing, along with the clear identification on the label, minimizes the possibility of im­proper insertion into the circuit.

11. If one were to attempt to create an electro mechanical relay system to come close to the performance criteria of a solid state relay it would be necessary to start with mercury plunger contacts to compete with thg contact life problem, add special long life low fatigue springs to increase the number of operations, add a reed relay to drive the main coil to achieve the I.C. input compatibility and fail totally in attempting to achieve zero voltage switching.

Specifications and Characteristics of Crydom SSFTs

On page 5 (opposite) of this application note you will find the main electrical specifications for Crydom's current family of solid state relays. The specifications are divided into two sections. The first describes the ratings and characteristics of the power contacts while the second describes the input or control side.

The AC line voltage specification describes the range of voltage over which the contacts or output terminals will function properly. If the contact voltage exceeds the maximum value the contacts may assume an "on" state due to exceeding the breakdown voltage of the power thyristors or components in the trigger circuitry. Voltages less than the mini­mum value may not provide sufficient energy to activate the trigger circuitry.

The maximum load current rating along with the load current vs. temperature curve defines the maximum contact load current as a function of the case or ambient temperature. Figure 2 is an example of this type of curve. In this example a twenty-five ampere relay's ratings are given. Notice that under no condition does the current allowed exceed twenty- five amperes and that as the ambient temperature is increased the allowable current decreases.

Models D1225/D2425 and A1225/A2425

HEATSINK WITH I • C/W THERMAL RESISTANCE r 1-(SINK TO AMBIENT! *1 "I-~™

6" « 6 « 1/8- ALUMINUM PLATE OR HS ? HEAT SINK

TREE AIR MOUNTING

20 4Q 60 80

AMBIENT TEMPERATURE i'CI

Figure 2. Load Current vs. Temperature.

166

TABLE 2

AC Line Voltage4763Hz 1 100140 VAC 200-280 VAC 340-480 VAC

Max. Load Current (See Curves! 2.5A* I0A* 25A* 40A 2.5A- 10A* 25 A* 40A 8A" 12A

Model AC Control Numbers DC Control

A1202D1202

A1210 01210

A1225D1225

A 1240 01240

A2402D2402

A2410(32410

A242502425

A2440D2440

A4808D4808

A4812 D481 2

One Cvde Surge RMSISee Curve! 15A BOA 175A 4 50A 15A BOA 175A 450A 50 A 60A

Overload 1 $*%:. RMS Current 5A 24 A 40A BOA 5A 24A 40A 80A 17A 20A

Max. Contact Voltaue Drop @>Rated Current 3.5V 1.6V 1.6V 1.6V 3.5V 1.6V 1.6V 1.6V 2.0V 2.0V

Max. "Off-State" Leakage Current 4mA 4mA 4mA 5mA 5mA 5mA 5mA 5mA 10mA 10mA

Mm. Current toMjmtam 'Qn 20mA 40mA

Response TuneDC Signal Max. Cycle (next zero-cross), no bounce

Isolation 11 M 1500 VAC; 10,0Ohms DC, nput Output. Input-Base

dv/dt 100 V/usec, Min. 20 V/usec. Min.

DC Input Mode's (Models with D ' Prefix)

Control Signal Range (Reverse Polarity Protected)

3 32 VDC 3 20 VDC

Pick-up lOOt to *80t 1 3 0 VDC. Max

Orop-oui (-30t io *80tl 10 VDC Mm

Input Impedance <See Curve! 1500 Ohms. TYP 500 Ohms. TYP

AC Input Models (Models with "A" Prelixl

i Control Signal Range 90 to 280 VAC or 80 to 140 VDC 90 120 VAC or 80 100 VDC

Pick-up (-30t to *80“C1 90 VAC or 80 VDC. Max

Drop out I-30t to ♦BCfCI 10 VAC or 10 VDC. Mm

Input Impedance 40K Ohms. TYP. 12K Ohms. TYP.

Weight 4 oz.Max.

Operating Temperature Range 30t to +80t

• These models are UL recognized and CS A certified '' These models are UL recognized.t High frequency types at 400Hz 110% are available m 10. 25 and 40A versions. Add prefix 4 to Model Number11 To specify types with 2.500 Volt isolation add suffix - 1 to Model Number, i.e D2410— 1.

167

due to stray capacitances and source limitations. In those applications where dv/dt is a problem a snubber network can be connected across the output terminals as shown in Fiqure 5.

THYRISTOROF V.

RELAY

-o

dv/dtSnubber

AC Supply E

R1 L1------wv—--------O\___________ ____________ /

LOAD

dvER.

dt

E

V + X

C 1cos-B- = R

VR]2 + X L1 2

Figure 5. Solid State Relay With Snubber Network.

All Crydom relays employ opto electronic isolation between input and output and ceramic isolation between the output devices and the mounting base. This allows Crydom to guaran­tee 1500 Vac isolation between any terminal and the base as well as between the input and output terminals. Crydom also offers 2500 Vac isolation upon special request for most models.

Crydom offers both low voltage DC integrated circuit compatible inputs and line voltage AC inputs. The AC inputs can be used on 120 volt DC input voltages as well. The inputs are characterized by maximum pickup voltage, minimum drop out voltage and input impedance. The relay "contacts" will switch from the off state to the on state at a voltage between these voltage levels and return to the off state at some value of input voltage lower than the pick-up voltage. In use the relay input should be switched between levels which lie outside of this band (i.e., for DC inputs the input voltage for an "off" relay should be less than one volt and should be greater than three volts when the relay is to be "on".)

Since Crydom relays include zero voltage switching as an intergral part of the device, the "contacts" will not switch from the off state to the on state at the application of an input voltage, but will switch at the next zero voltage crossing. (On AC input relays, if the input is switched late in the cycle the relay may delay an extra half cycle.) The relay will return to the off state at the first current zero after the input has been removed. The combination of this on and off switching eliminates all line transients caused by load switching normally encountered in electro mechanical relays.

168

Solid state relays, due to the energy requirements of the trigger circuitry and the leakage currents of the semiconductor devices, have a finite off state leakage current. This current basically consists of the two components described above. The part due to the trigger circuitry, contains a capacitive component. It is therefore not in phase with the line voltage and varies as a function of the frequency of the applied contact voltage. The second compo­nent, due to the semiconductor device leakage, is essentially a function of both temperature and voltage. The leakage current is therefore nonsinusoida! and a function of temperature, voltage and frequency.

The minimum load current specification defines the current level below which the Crydom relays will appear not to function correctly. Figure 4 shows pictorially what occurs under very light loads. For heavy loads the leakage current of the relay does not create any signifi­cant voltage drop across the load. (With a 10 ampere load and 4 milliampere leakage the voltage drop is only 48 mV.) But with a very low current load, the leakage current may be nearly equivalent to the load current. This may cause considerable problems with solenoid drop-out, motor over heating or the like. In applications such as this a low wattage incan­descent lamp in parallel with the load offers a simple remedy. The non linear characteristic of the lamp allows it to be of lower resistance in the off state while conserving power in the on-state.

Thyristors, and therefore solid state relays, are sensitive to rapid changes of voltage. The dv/dt characteristic of the relay is a direct measure of this sensitivity. It tells the user that, if the rate of change of voltage on the "contacts" is limited to a value less than the specified dv/dt, the relay will operate in the normal manner. For dv/dt's in excess of this value the relay may turn on without an input signal. The Crydom solid state relays listed on Page 5 use inverse parallel SCR's as the power devices. With these devices no additional constraint is imposed at commutation (turn-off) as in relays using a triac as the power output device. This reduces the need for the heavy snubbers required for the lower commutation dv/dt of triacs.

0 Volts

10 AMP Load

4 MALeakageCurrent

120 V

24 Volts

20 MA Load

4 MALeakageCurrent

96 VAC

Figure 4. For very low load currents the leakage current of the relay will cause a considerable voltage drop across the load.

The output devices in the Crydom relays are rated for a critical dv/dt of 100 V/usec mini­mum, to rated voltage, at maximum junction temperature. For the majority of applications with the power factors normally encountered, the voltage switched to will be less than half the peak of the supply voltage and the output devices will be operating at less than rated junction temperature. Under these conditions, the dv/dt capability of the SCR's will gener­ally be in excess of 400 V/usec. In very few applications will the circuit dv/dt be this high

169

In many applications, higher currents are encountered during start-ups and fault conditions than during the normal operation. Incandescent lamps, motors and transformers exhibiting high start or fault currents. In order, to provide for the protection of the relay during faults and other abnormal conditions, Crydom provides three ratings: one-cycle surge current, one second surge current, and a graph of surge current as a function of time. An example of this graph is shown in Figure 3. The one-cycle and one second points of this curve provide the data for the first two ratings. These ratings allow the choice of fusing as well as the proper choice of relay in the high starting current applications. Table 3 lists International Rectifier fuses for various relays which are adequate for most applications. In applications with highly reactive loads or high short curcuit currents the factory should be contacted for the proper fuse selection.

SURGE CURRENT VS. TIME(120V and 240V Models)

< ?oo

01 0? OS 0 1 0? 0 5 1.0 2.0 5 0 10

r ivt in seconds

Figure 3. Surge Current vs. Time.

The contact drop of the relay gives a measure of the power which must be dissipated by the relay and its heat sink. For Crydom relays the maximum drop is given in RMS volts at maxi­mum rated current. Since the thyristor output devices do not have a pure resistive forward drop, there is no simple relationship between the DC value and the AC value of the contact drop. Therefore, a true RMS indicating meter should be used for this measurement.

TABLE 3.A or D RELAY MODEL INTERNATIONAL RECTIFIER

FUSEA or D 1202 — — —

A or D 1210 SF 13 X 10A or D 1225 SF 13 X 25A or D 1 240 SF 1 3 X 40A or D 2402 — — —

A or D 24 10 SF 25 X 10A or D 2425 SF 25 X 20*A or D 2440 SF 25 X 40A or D 4808 SF 60 C 1 0A or D 4812 SF 60 C 15

‘does not permit full current rating of relay

170

Figure 6.DC Signal Trace with AC Load Superimposed.

Some Basic Applications of SSR's

Solid state relays have many varied applications. In the majority of these applications the relay is used as a single interface between a low voltage control system and a line voltage power system. In these applications the Crydom relays may be connected into the circuit as shown in Figure 7. The switch shown can either be a mechanical switch used for manual operation, limit control or an electronic switch such as a transistor or integrated circuit output stage.

AC Load

3-32 V DC InputAC LineSS Relay

OptionalSW1

OptionalAC Load

Location Position

Figure 7. Normal Configuration for a DC Input Relay.

In some applications the control circuit voltage may exceed the maximum input voltage specification of the Crydom relays. In this case an external series resistor may be used as shown in Figure 8. The value of this resistor should be chosen as per Table 4.

171

VDC

----------wv---------------R

—c

<j

1)3 1 O

DC InputSS Relay

^4 2Q

Figure 8. Input Circuit for DC Input Voltages GreaterThan 32 Volts. If the Input Voltage is Between 80 and 140 Volts DC, use an AC Input as Shown in Figure 7.

TABLE 4.

DC Input Voltage,VDC'

Relay UsedD=DC Input A=AC Input

SERIES RESISTOR

Resitance (Kohms) Power (Watts)

3 32 D O O

32-80 D_ IGV^-40

'VDC-20'2

1.6 R

80-140 A O O

%> 140 A40V - 4000

DCR =

'V80'2

100 R

The circuits in Figures 9 and 10 offer the capability of achieving a latching system using Crydom solid state relays in conjunction with momentary push button switches. By placing the input of the relay in parallel to the load, the load voltage provides input voltage to latch the relay in the on state. A resistor R2 is used to provide the initial input voltage and in the case of Figure 10, a switch is provided to interrupt the input voltage momentarily to return the relay to the off state

172

AC InputSS Relay

On NO.

AC Line Voltage

AC LINE VOLTAGE R1 r2

120 V 4.7K 0

240 V 47K O

480 V 47K 47K

(All Resistors 2W, 10%)

Figure 9. Latching Solid State Relay System.

AC Input

AC Line Voltage

Solid State Relay With Pushbutton Control.Figure 10.

AC LINE R1 RnVOLTAGE

z

120 4.7K 0

240 47K 0

480 47K 47K

2W 2W

Solid state relays are very convenient to use in temperature control circuits as shown in Figure 11. With a DC input relay and either an operational amplifier, differential comparitor or Schmidt trigger intergrated circuit, thermistors or thermocouple sensors may be used achieving a relatively simple precision temperature control system. If desired, a small saw­tooth voltage can be added to the optional modulation input providing a proportional temperature control. Heater loads of 9.6K Watt can be controlled on a 240 volt AC line using the Crydom D2440 relay.

173

Heater

VDC O

Thermistor

DC Input

OptionalModulation

Figure 11 Solid State Zero-Voltage Switching Temperature Control.

Relay 1i------------- 1

Relay 2Three l Phase \ Motor

Mechanical Disconnect

Relay1

Relay2

Figure 12. Solid State Three Phase Motor Starter Circuit.

Solid state relays, because of their exceptional inductive load capability, often find use as motor starters. Figure 12 shows two solid state relays being used to control a three phase motor. The proper sizing of the relay depends upon the locked rotor currents of the motor as well as its normal run current. The motor's starting characteristics should be compared to the multiple cycle surge curves of the relays to determine the proper choice of relay.

174

Solid state relays can also be used in place of the centrifugal motor start switches on capaci­tor start motors. The circuit of Figure 13 shows one simple circuit to accomplish this func­tion. When the system is energized, locked rotor current flows through the run winding, developing an IR drop across the current sensing resistor R. This voltage is rectified and filtered to provide input voltage to the relay. The relay will be energized at the next voltage zero thereby energizing the start winding. When the motor current drops to a level where the IR drop of the sensor resistor is insufficient to trigger the relay the start winding is de-energized. Because of the voltage multiplication which occurs in the motor start L—C circuit, the relay contact voltage rating must exceed the capacitor voltage. The resistor R2 provides a discharge path for the start capacitor after the start winding is de energized.

A pair of relays used in conjunction with a balanced winding permanent split capacitor motor can yield a simple reversing motor drive as Figure 14 shows. As in Figure 13 the relays used need be rated for twice line voltage because of the L—C ringing. The resistor R has been placed in the circuit to limit the current to some value less than the peak one cycle surge current of the relays used. If a short time delay on reversing (15-20 msec.) is included in the control circuitry the resistor may be eliminated.

CapacitorStartMotor

MotorCapacitor120 VAC

240 VoltDC InputSS Relay

(4)1N4001

Figure 13. Single Phase Solid State Motor Starter Switch.

175

Motor capacitor

Surge limit resistor (see text)

120 VAC Line

Solid State240 Volt240 Volt

Solid State Relay

Figure 14. Reversing Motor Drive Using a Balanced Winding Permanent Split Capacitor Motor

Figure 15 demonstrates the ease with which a single-pole double-throw function can be accomplished with solid state relays. The relay controlling load number 1 can be any stan­dard Crydom relay rated for the load current and line voltage. The relay controlling the second load should be an AC input relay and its input connected directly to the output terminals of the first relay with no additional components. (For 480 volt applications a 36K, 5 watt resistor must be placed in series with the input terminals.)

Load 2Load 1120/240 V AC Line N. O.

ControlSource

AC Input Solid State

Relay

AC or DC

Figure 15. Single Pole Double Throw Relay with Solid State Relays.

176

Crydom Photo-Isolated Solid State Relays and Input/Output SwitchesPhoto-Isolated, solid state power relay performs general purpose switching of AC loads from 2 to 40 amperes at line voltage from 90 to 480 VAC. Feature zero voltage switching, logic level inputs with 1500 VAC signal. Isolation by a unique photo-isolator, 2500 VAC and 3750 VAC also avail­able on most models.

Generally used in applications for control of motors, lamps, solenoids, power contractors, and resistance heaters. Does not contain transformers, coils or reed relays. This ad­vanced method of input isolation provides excellent di­

electric strength and transient-free de-coupling of sensitive inputs from thq AC load power. All switching functions are performed by long-life, solid state semiconductor circuitry Zero-voltage switching assures transient-free operation Eliminates radio frequency interference, transient surges and electrical noise generated by arcing contacts or higf- rate-of-rise inrush current. Computer compatible, the DC input models operate directly from lew-level digital signals Excellent surge and power-factor capabilities eliminate need for derating because of inductive or tungsten lamp loads.

• Ultra-long Cyclic life• Minimum RFI• Zero Voltage Crossover• Photo Isolated• Fast Response• Silent Operation• Logic Compatible Inputs

FEATURES• Reverse Polarity Protected• Integral Snubbers on Most AC Types• Output Transient Suppression on Most

DC Types• UL Recognized and CSA Approved on

Most Models• Computer-Compatible

Series 1AC OUTPUT PANEL MOUNT HEAVY DUTY RELAYS2.5 to 40 Amps, 120, 480 VAC

These heavy duty panel mount solid slate relays make it possible to switch AC power loads up to ten kilowatts. The output circuit is an inverse-parallel arrangement of dual SCR s to meet the most demanding requirements. Screw type terminals provide maximum connection flexibility. This series of Crydom relays has been the "standard of the in­dustry" in heater, motor control, solenoid lamp and other load controls.

All specified maximum load ratings are based on adequate heat sink mounting of the relay base. See technical data sheets for derating and heat sink requirements.

GENERAL SPECIFICATIONS, SERIES 1Isolation Voltage

Temperature Range SizeCase Style

1500 VAC Std.. 2500 VAC and 3750 VAC available -30°C to 80°C 1,75"W x 2.25"D x 0.875"H 1

DC INPUT MODELS2.5 to 40 Amps, 120, 240 4 480 VACControl Signal Range : 3-32 VDC Must Operate Voltage : 3 VDC max. Must Release Voltage : 1 VDC min. Input Impedance : 1.5 Kf!Snubber : Internal

AC INPUT MODELS 2 5 to 40 Amps. 120, 240 4 480 VACControl Signal Range : 90-280 VAC, 80 to 140 VDC Must Operate Voltage : 90 VAC or 80 VDC Must Release Voltage 10 VAC or 10 VDC Input Impedance : 40 KU Snubber Internal

ModelNo.

LineVAC

(47-63 Hz)

Max. Load Current,

Amps

One-CycleSurge,Amps

1 sec Surge, Amps

D1202 100-140 2 5 15 5D1210 100-140 10 80 24D1225 100-140 25 175 40D1240 100-140 40 450 80D2402 200-280 2.5 15 5D2410 200-280 10 80 24D2425 200-280 25 175 40D2440 200-280 40 450 80D4808* 340-480 8 50 17D4812* 340-480 12 60 20D4825* 340-480 25 175 40

•Control signal range. 3-20 VDC: input impedance.500 ohms. min.Note: lor 2500 VAC isolation add suffix -1. Example: D2410-V

ModelNo.

LineVAC

(47-63 Hz)

Max. Load Current,

Amps

One-CycleSurge.Amps

1 secSurge.Amps

A1202 100-140 2.5 15 5A1210 100-140 10 80 24A1225 100-140 25 175 40A1240 100-140 40 450 80A2402 200-280 2.5 15 5A2410 200-280 10 80 24A2425 200-280 25 175 40A2440 200-280 40 450 80A4808" 340-480 8 50 17A4812- 340-480 12 60 20A4825" 340-480 25 175 40

"Conlrol signal range. 90-120 VAC mpul impedance. 177 12K ohms, mmNote For 2500 VAC isolation add suffix -' Example A f 240- f

HEAVY DUTY SOLID-STATE RELAYS.

These Crydom SSRs make it possible to switch AC power toads up to 36 kw Output circuit consists ol inverse parallel (back-to oacM dual SCRs to meet me most demanding requirements Features include high dv/dt and zero voltage switcning Screw type terminals provide maximum connection flexibility m heater, motor control, solenoid tamp and other loads Request Bul­letin 604 lor complete data (Phase control and nor­mally dosed models available)

General Specifications Isolation Voltage 4000 VAC Sid Operating Tcmpc'ature Range -30'C lo 80“C Ul and CSA

DC Input Control ModelsConiroi Signal Range............ ........................... 3-32VOCMust Operate voltage ..........Must Release Voltage .......... ..................... 1 VDC MmInput Current...........................

AC Input Control Model*Control Signal Aance............ ....................... 90-280VACMusi Operate voltage .......... ....................... 90VAC MaxMusi Release Votiaoc .......... ....................... 10VAC MmInput Current ..........................

*-10* DC Input Model*Control Von ace Range.......... ..................... 3.5 lo 25VDCMax Tum-On Voltage .......... ................................35VOCMin. Input impedance ..........Max Inpul Current ................ ................. 5mA (at SV0C)

Max Tum-On Time ..............20mA. (al 20VDCI

Mm Pulse Widin .................. .

SPECIAL NOTE hi UC ihpiii l *1*14r* •««' nun /reo»#VtxQ.- Inert • " x : 4', 4 (KVIM* f<rtiOfkdi-C"A» 4|<C« .1 x" . x - -x • «>» (me *>«V* <»<*• A* S'**#** I <14M AO|*K.*l C«r“«*pt A*n<xo0 M*e . •-*.'« •C*tiN*r' WMftOut n*#n <.«*\V*g .Aflyffewr kUMlt m*yQ-*r «-%«.- - i-r -- jf .•■eaor rt*f*A#»00* I**! IfX* •<*«*? S IW

1 * •* v .- _ $ , ,wt%..:i lAixxk o«- g-wn 10 me um at * MOvkinsx-N iuf l*'At • , , I 1 #1,. 1, 1,1, i

AC SSRs M«« wtternei inuMm

5 THRU 25 AMP/120 AND 240 VAC TRIAC AC OUTPUT SOLID STATE RELAYS

CiydomTndCSSRs arc cuai.: , made devices designed lor general purpose swiicnmo applications where per lormancc iuQui'e~er-:s are less demanding man those oliercd by SCR ouipui types Request Bulletin 603

General Specification* DC Input AC Input

Connoi S.unai K.ince . .. 3 to 32 VDC 90 1C 280 VACinput Current.................... -• mA .$ j VDC 2 rr.A -a 120 VACiso’aiion Vo::.ICO.............. -000 vRVS 2500 VRM5Qjni Tr-n^u Ra'-CO.. . -JO'C'OSO'C -30C tO 80"C

DC Control Model* — Triac Output

Crydom L«n# VAC Mat. Load One-Cycle

Model (47-63 Hz) Surge.

No Amo* (AMS] Am pa (PK|

TOW'O 24-140 10 tooroi??5 24 140 25 25T0?«t0 • 9-280 i0 '00T0?4 25 • 8-280 25 250

AC Control Mode:* — Triac Output

T A i J 10 | iQ 100TA1225

1 2* '-025 2 50

1• 00

11 4;«1 iiiii

i 2 50

Traffic Conlrol Relay

TC ?C*2 3 95 160 0 250

T nc Mooe» r c 623 rAtA Con: o 5 - i' * - v rr^ - <>' < 2 to 26 VOC

An input Cij#»"r 1 Ql . C-C -i'i'J .in isoiAi'On voltage o2500 vRf/S Cc c« o ,t 1 ; s 30* C :o 80* (

7.0 TO 40 AMP. 100 TO SOtl VDC HEXFET CMOS DC INPUT \ SOLID STATE RELAY

This new C'vccm senes ol DC power SSRs incorpo­rates Interna! onat Rectifier s HEXFET-* power MOSFET as me out:,/ eev.ee m the classic Crydom package. The input can pc enven trom most logic circuits: requir­ing less m,--- ; 6 mA at 5 VDC The DC control signal activates a SO kh< oscillator which .s transformer coupled i?y? YAMS isolation) to the output Request Bulletin : DC 'c complete data

General Specification*

3 5 lu 32 VDC

.. 1 6mA man

. 2500 VRMS

0-C lo60*C

Inpul C*."‘ ' '

tsoun-rm vtO00Jd!'r«j 1 -

-• .'DC ..........•? •: 60 h/ ...

■ovc RanC'.'

Crydom Line

Me« Load Current ©

One-Cycle

Surge

Model VDC 40* C Ampa AmpaNo (AMS) (PK|

Dior 3-100 7 0 15cm.. O-'OO ' 2 . 260'c:-v 0-100 20 42O'(Ur.' O-'OO 40 106

' D 2 DO ■* 0-200 7 0 22

D2D>2 0-200 12 27'04 DO.' 0-400 0 1 7CUC'2 0-4Q0 12 36OSOO- 0-500 0 19'050i0 0-500 10 29

178

Anexo "C"

Termino integral y derivative) como aproximacidn digital.

Tdrmino integral.

1.- Aproximacidn rectangular. Una mAquina digital simplemente puede hacer una aproximacion muy parecida de la integracidn continua asumiendo que la curva a ser integrada y = f(t), esta hecha dc un gran numero de secciones rectangulares, cada una de las cuales es de una amplitud At donde At = Tn -T„.|.

Y = f(t)

i . i !

Cada segmento tiene el Area yx At, por lo que constituye la integral que viene dada por la siguiente expresidn:

z = Zy, At,t-0

= At Z yiy-0

Por lo tanto, solo necesitamos afiadir valores discretes de “Y” al comienzo de cada intervalo de tiempo y multiplicar la suma por el tfermino At. Como At es muy pequefio, la aproximacidn llega a ser muy precisa.

2.- Aproximacion trapezoidal. La figure anterior muestra que siempre hay un pequefio error residual en esta aproximacidn, representado aproximadamente por el Area triangular entre el tope mAximo del rectAngulo y la curva verdadera. El Area del triAngulo es:

(yn - yn-i) (At / 2) = AY - (At / 2)

Por lo tanto, una expresidn matemAtica pare el termino integral mAs precisa es:

z = I (y- A (Y / 2)) Ati-0

= Z((Y, + Y,.,)/2) At,i-0

Con esta regia, el intervalo de tiempo no necesita ser completamente tan pequefio Asi. la integracion se puede efectuar dentro de un microcontrolador atravfez de un programa disefiado.

La anterior ecuacidn es la forma differencial de la funcidn integral, la que es utilizable para una aproximacidn digital de dicha funcidn.

179

Tdrmino derivativo

La diferenciacion esta definida como la operacidn siguiente:

(dy / dt) = lim ((f(x + Ax) - f(x)) / Ax) x-xo Ax-*0

Ax)

f(xo + Ax) - f(Xo)

Esta figura representa la pendiente de la tangente a la curva Y = f(t) a xq. Una buena aproximacidn de esta pcndiente es:

(dy / dx) = (f(x,) - f(xo)) / (x, - xo)= (y„ - yn-i) / Ts

El valor calculado por una computadora, desafortunadamente no llega a ser mis precisa cuando x, - xo decrece, aunquc f(xO - f(xo) tambien llega a ser muy pequefto, los cilculos resultantes quizis tambidn lleguen a ser muy cercanos. A esta ecuacidn se le conoce como la ecuacidn de diferencia para la funcidn diferencial que se utiliza en el caso discreto.

180

Anfixo “D”

Tabla de datos ticnicos de los cementos AU Refractories de Mixico S. A. utilizados en la construccidn del horno

181

Refractarios para homos de induction

y aplicaciones en general

<\ •

182

TAB LA DE ESPECIFICACJONES TECNICAS

NOMBRE DEL PRODUCTO

COMPOSICIONQUIMICA DENSIDAD

OXIDOS DE Kg dm’ Al Si Mg zI SiC

PREPARACION TEMP°C

RENDIMIENTO Kgs Metal Relrac Ins

APLICACIONES

DRY • Al • ARM 92 92 8 3.1 COMO VIENE 1800 500 C08RE Y AlEACIONES<o DRY • Al • ARM 93 93 7 3.1 COMO VIENE 1800 500 COBRE Y AlEACIONES111</> DRY • Al • ARM 94 94 6 3.1 COMO VIENE 1800 500 COBRE Y AlEACIONESzo Sll • REFRACTORIE ARM 99 99 2.5 COMO VIENE 1700 300 HIERRO6 Sll • REFRACTORIE ARM 98 98 2.5 COMO VIENE 1700 300 HIERRO3 Sll • REFRACTORIE ARM 97 97 2 5 COMO VIENE 1700 300 HIERROZ CHROM • ARM 72 ESPINEl 72 27 2 7 COMO VIENE 1800 300 ACEROO)z CHROM • ARM 73 ESPINEL 73 26 2 7 COMO VIENE 1800 300 ACERO

CHROM • ARM 74 ESPINEL 74 25 2.7 COMO VIENE 1800 300 ACERO

MOIST AL ARM 100 90 2 9 4% AGUA 1800 500 COBRE Y ALEACIONESMOIST Al ARM 105 89 2 9 4% AGUA 1800 500 COBRE Y ALEACIONESMOIST AL ARM 115 88 2 9 4% AGUA 1800 500 COBRE Y AlEACIONESMOIST AL ARM 200 80 12 2.9 8% AGUA 1800 500 COBRE Y AlEACIONESMOIST AL ARM 210 79 13 . 29 8% AGUA 1800 500 COBRE Y ALEACIONESMOIST Al ARM 220 78 14 2 9 8% AGUA 1800 500 COBRE Y ALEACIONESMOIST Al ARM 500 89 3 2 9 10% AGUA 1800 500 COBRE Y ALEACIONESMOIST Al ARM 501 88 4 2 9 10% AGUA 1800 500 COBRE Y AlEACIONES

MOIST Al ARM 502 87 5 2 9 10% AGUA 1800 500 COBRE Y ALEACIONES

MOIST Zi ARM 300 90 3 2 4% AGUA 1800 300 ACERO

MOIST Zi ARM 310 89 3 2 4% AGUA 1800 300 ACERO

MOIST Zi ARM 320 88 3 2 4% AGUA 1800 300 ACERO

MOIST Si ARM 400 99 2 5 4% AGUA 1700 300 HIERROMOIST Si ARM 410 98 2 5 4% AGUA 1700 300 HIERRO

MOIST Si ARM 420 97 2 5 4% AGUA 1700 300 HIERRO

AL ARM MORTAIR 600 70 29 2 9 4% AGUA 1700 300 COBRE HIERRO Y ACERO

AL ARM MORTAIR 610 69 30 2 9 4% AGUA 1700 300 COBRE HIERRO Y ACERO

AL ARM MORTAIR 620 70 29 2 9 10% AGUA 1700 300 PEGAR LAORILLOAl PLAST REFRACTORIE ARM 1000 70 29 2 9 COMO VIENE 1600 300 COBRE HIERRO Y ACERO

Al PLAST REFRACTORIE ARM 1100 69 30 2 9 COMO VIENE 1600 300 COBRE HIERRO Y ACERO

AL PLAST REFRACTORIE ARM 1200 68 31 2 9 COMO VIENE 1600 300 COBRE HIERRO Y ACERO

MOIST SILCARB ARM 90 90 2 6 4% AGUA 1900 400 REPARAClONES REFRACTARI7

MOIST SILCARB ARM 89 89 2 6 4% AGUA 1900 400 REPARACIONES REFRACTARI7

MOIST SILCARB ARM 88 88 2 6 4% AGUA 1900 400 REPARAClONES REFRACTARI7

MOIST SILCARB ARM 110 90 2 6 10% AGUA 1900 400 MANTENIMIENTO

MOIST SILCARB ARM 111 89 2 6 10% AGUA 1900 400 MANTENIMIENTO

MOIST SILCARB ARM 112 38 2 6 10% AGUA 1900 400 MANTENIMIENTO

MOIST SILCARB MORTAIR ARM 150 90 2 6 10% AGUA 1800 400 MANTENIMIENTO

MOIST SILCARB MORTAIR ARM 151 89 2 6 10% AGUA 1800 400 MANTENIMIENTO

MOIST SILCARB MORTAIR ARM 152 88 2 6 10% AGUA 1800 400 MANTENIMIENTO

MOIST AIS ARM 140 40 60 0 9 4% AGUA 1200 300 MANTENIMIENTO

MOIST AIS ARM 130 40 60 10 4% AGUA 1200 300 MANTENIMIENTO ;g3

MOIST AIS ARM 120 40 60 1 1 4% AGUA 1200 300 MANTENIMIENTO

MOIST AIS ARM 170 40 60 1 4 8% AGUA 1200 300 MANTENIMIENTO

MOIST AIS ARM 160 40 60 ' l 5 8°/- AGUA! 1200 inn \* ", M T f M1 "'.11F \! T 0

Refractarios para hornos de inductionAplicaciones refractarias en general, contamos con la tecnologia mas avanzada, asesoria y asistencia t^cnica

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TILEPHON* BATTEFOXA 0842 TELEX 42207 CABLES ARM LONDON 6W-I2

185

Anexo “E"

Datos ticnicos de los circuitos de referenda de vottajey corriente (AD590y MC1403)

Solid State Temperature SensorAD590 SeriesLinear 1 Microamp per Kelvin Output

• Linear Current Output• Broad Range -55 to 150°C• No Linearization Circuitry

Required• Versatile and Economical• Fast Response

The AD590 is a small temperature transducer that converts a temperature input into a proportional current output.The advanced technology ,n the AD590 is especially suiteo for special temperature measurement and control applications between -55 and 150°C when solid state

reliability, linearity and accuracy are required. The AD590 can be used to determine minimum, average, and differential temperatures, in addition to being used for thermocouple cold junction compensation and temperature control applications. The size and responsiveness of the AD590 make it perfect for uses where size is a consideration such as on PC boards or heat sinks Just power up—and measure the absolute temperature (Kelvin) No linearization, amplification or cold junction compensation is requireo (fig 1). To convert reading to °C. subtract 273.15

AD590 Applications

a/ Ideal for Fast Response Surface Measurements

a/ Sensors for Controllers and Meters

i/* Use in Custom Made ProbesUse on PC Boards for Accurate Measuremen1'-

From

$5,„.187

OINnfili^OlL AD590Temperature Transducer

FEATURES

• Unear current output 1 ,ATK. Wide range: - 55*C to -MSO'C• Two-terminal device: Voltage In/cunrwnt out• Laser trimmed to x 0.5*C calibration accuracy

(ADS90M)• Excellent linearity: x0.5‘C over lull range (AD590M)• Wide power supply range: + 4V io + 30V• Sensor Isolation hom case• Low cost

GENERAL DESCRIPTIONThe A.D390 Is an Integrated-circuit temperature transducer which pjoduces an output current proportional to absolute temperature. The device acts as a nigh impedance constant current regulator, passing 1*Af"K tor supply voltages be­tween + av and -v 30V. Laser trimming of the chip’s thin fHm resistors Is used to calibrate the device to 298_Z*A output at 29SJ*K(4 25*CV

T ne A0590 should be used In any temperature-sensing a polk canon between - S5’C and * 150-C |0*C and 70*C lorTO-82)

In which conventional electrical temperature sensors an currently employed. The Inherent low cost ol a monolithic integrated circuit combined with the elimination ol support circuitry makes the AD5S0 an attractive alternative lor mary temperature measurement situations. Uneariiatkwytir- "cuiwy, precision voltage amplifiers, resistance-measuring cecuitry arx) cold-junction compensation are not needed la applying the AD590. m the simplest application, a resistors power source and any voltmeter can be used to measw temperature.In addition to temperature measurement. applications In­clude temperature compensation or correction ol discrete components, and biasing proportional to absolute tempera­ture. The AD590 Is aveilabla In chip form making It suiUhis lot hybrid circuits and Iasi temperature measurements at protected environments.

The AD590 is particularly uselul in remote sensing applica­tions. The device is Insensitive to voltage drops over lorg lines due to Its high-impedance current output Any wet Insulated twisted pair is sufficient lor operation hundreds d feet from the receiving circuitry. The output character isle* also make the AD590 easy to multiplex: the current can be switched by a CMOS multiplexer or the supply voltage can be

* switched by a logic gate output

ORDERING INFORMATION

TL-S2 ana Cera'n.c Package: Owale - 51 C ic * 1iO*C 10-52.Cc-ciiie O'C to v 70*C

NON-LINEARITTTCI

TO-&2PACKAGE

CERAMICPACKAGE

TO 02package

= 3 0 ADi90lH AO590IF AD5901ZR= t j AD59DJK AO690JF AO590J2Rx 0 0 ADW0KH ADSSOK.F ADS90AZRx 0.4 AD690LH ADS90LF —

sOJ AD690MM AD^&OMF -

188

AD590ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS a. - ♦ 2VC »me».

foreaid Volt»ge(V* toV~)...............................................-o*4Vf*#eaie Voltage (V * loV — )....................... .......................— 20Vfreskdown Volt a ge (Case to V o#V~)........................ ... 200VSiorage Temperatuae Range........................— 66X10 4-175X

opSbsksdl

-rve noted!

Rated Perlonr.ance Temperature Range70-92....................................................................O'Cto e 70*C70-62. Ceramic..........................................-55'Clo ♦ 150*C

Lead Temperature (Soldering. tOaec). ......... ♦ 300X

tc.es seore rho.e iaieV ameer -Aa.oivle Uaiamaa Rerangt'mmr ce«/*epeimxr>enr flame pi to Me flerrce flea, are sires* ratanp. a*#y ly net zoom I opera I «n e/ in* flemce at me a a erany eliw co/HMron* a Pore Ittose mflterefl in me opersiaonai sectron* of me spacrbee-

eeu as not ampireO. Eipoxaxe 10 aesoiiafe ansa—a»an raianp reniMeau for ealtawro peaaoo* may stlycl Mner aelasOafcty.

SPECIFICATIONS (Typical rakmm *17.. eZS’C.V'* - 5V unlesa oUw wise noted)

CHARACTERISTICS ADS** * ADS*J ADS son ADS90L ADS POM UNITS

OutputNominal Out pul Cunent 29*2 29*2 29*2 29*2 29*2 a*0 •a2SX(29*2*IQ

Nomaaiel Temperature •Vfr -VO uo. u> 12 pATKCoellcient

CiUm«Ikw E/ror ' xtOOmu -sSdCmax s2imu xl2 ana a *05 max x0 * 25*C (Notes)Miouti Error"e-55*C to * 150*0

Without Eaternal 120X) mu *102 mas a 55 mat *32 max *12 max xCaMtvanoo AdjuitmontWith Eaiewal Ca lux at ion x5J6 max *22 mas *22 ma» x ti mu* *12 max XAdiusvnent :

Non-Lmaauty .Umi x VS max x 05 mat *04 mas a 03 max XRspesrsbilaty (Not# 2) xO.t max xO-Vmaa s 01 maa * 0.1 max * 0.1 max Xteatp Term Drill (Note 3| *0.1 ami *ai max *01 max * 01 mae s 0.1 max Xrmonth

Cutcnl Noisa 40 ao 40 40 40 pap/hi

Power Supply Refection .r«<V* < -a 5V 05 05 05 as 05 , wA/V«5<V* < «1SV 02 02 02 02 02 #A/V*13V< V* < * 30V 0.1 0.1 0.1 01 ' 0.1 • »aa»

Case isolation lo Either Lead 10“ 1016 10“ 10“ 10” 0£ heel ire Shunt Capacitance 100 100 100 100 100 PFEiecincal Turn-On Time (Note 1) 20 20 20 20 20 aKrvtdt fiies Leakage Current 10 10 10 10 10 PA 'pot* 4)Fower Supply Range -*4 to *30 .1 to *30 -*4 lo *30 *4 to * 30 ♦ Ho ♦ JO V

189

□ ANALOG DEVICES

Two Terminal 1C Temperature Transducer

AD590*FEATURESLinear Current Output: 1/iA/KWide Range: -55°C to +150*CProbe Compatible Ceramic Sensor PackageTwo-Terminal Device: Voltage In/Current OutLaser Trimmed to ±0.5*C Calibration Accuracy (AD590M)Excellent Linearity: ±0.3°C Over Full Range (A0590M)Wide Power Supply Range: ±4V to +30VSensor Isolation from CaseLow Cost

ADS90 PIN DESIGNATIONS

O CAN

BOTTOM VIEW

PRODUCT DESCRIPTIONThe ADS90 is a two-terminal integrated circuit temperature transducer which produces an output current proportional to absolute temperature. For supply voltages between +4V and ♦ 30V the device acts as a high impedance, constant current regulator passing IpA/K. Laser trimming of the chip’s thin film resistors is used to calibrate the device to 298.2/iA output at 298.2K (+25*C).

The ADS90 should be used in any temperature sensing applica­tion below +150*C in which conventional electrical tempera­ture sensors are currently employed. The inherent low cost of a monolithic integrated circuit combined with the elimination of support circuitry makes the ADS90 an attractive alternative for many temperature measurement situations. Linearization circuitry, precision voltage amplifiers, resistance measuring circuitry and cold junction compensation are not needed in applying the AD 5 90.

In addition to temperature measurement, applications include temperature compensation or correction of discrete compo­nents, biasing proportional to absolute temperature, flow rate measurement, level detection of fluids and anemometry. The AD590 is available in chip form making it suitable for hybrid circuits and fast temperature measurements in protected en­vironments.

The ADS90 is particularly useful in remote sensing applica­tions. The device is insensitive to voltage drops over long lines due to its high impedance current output. Any well-insulated twisted pair is sufficient for operation hundreds of feet from the receiving circuitry. The output characteristics also make the AD590 easy to multiplex: the current can be switched by i CMOS multiplexer or the supply voltage can be switched by i logic gate output.

'Covered by Patent No. 4,123,698

PRODUCT HIGHLIGHTS1. The AD590 is a calibrated two terminal temperature sensor

requiring only a dc voltage supply (+4V to ♦30V). Costly transmitters, filters, lead wire compensation and lineariza­tion circuits are all unnecessary in applying the device.

2. State-of-the-art laser trimming at the wafer level in conjunc­tion with extensive final testing insures that AD590 units arc easily interchangeable.

3. Superior interference rejection results from the output being a current rather than a voltage. In addition, power requirements arc low(1.5mW's@ 5V @ ♦ZS C). These features make the AD590 easy to apply as a remote sensor.

4. The high output impedance (> lOMfi) provides excellent rejection of supply voltage drift and ripple. For instance, changing the power supply from 5V to 10V results in only a 1/uA maximum current change, or 1 C equivalent error.

5. The ADS90 is electrically durable: it will withstand a forward voltage up to 44V and a reverse voltage of 20V. Hence, supply irregularities or pin reversal will not damage the device.

ISO

SPECIFICATIONS (@ +25°C and V$ = 5V unless otherwise noted)

Model AD590J AD590KMin Typ Max Min Typ Max Units

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGSForward Voltage (E + to E -) + 44 + 44 VoltsReverse Voltage (E+- to E -) -20 -20 VoltsBreakdown Voltage (Case to E + or E -) = 200 = 200 VoltsRated Performance Temperature Range1 -55 +150 -55 +150 •cStorage Temperature Range1 -65 +155 -65 +155 •cLead Temperature (Soldering, 10 sec) + 300 + 300 *C

POWER SUPPLYOperating Voltage Range + 4 +30 + 4 +30 Volts

OUTPUTNominal Current Output @ + 25°C(298.2K) 298.2 298.2 pANominal Temperature Coefficient 1 1 t+A/KCalibration Error @ + 25°C ±5.0 ±2.5 •cAbsolute Error (over rated performance

temperature range)Without External Calibration Adjustment ±10 ±5.5 •cWith + 25*C Calibration Error Set to Zero ±3.0 ±2.0 •cNonlinearity ±1.5 ±0.8 •cRepeatability2 ±0.1 = 0.1 •cLong Term Drift1 = 0.1 = 0.1 •c

Current Noise 40 40 pA/VHzPower Supply Rejection

+ 4VsVss +SV 0.5 0.5 P-A/V+ SVsVss + lSV 0.2 0.2 n.W+ ISVsVss + 30V 0.1 0.1 pA/V

Case Isolation to Either Lead 10'° 10'" nEffective Shunt Capacitance 100 100 PFElectrical Turn-On Time 20 20 PSReverse Bias Leakage Current*

(Reverse Voltage = 10 V) 10 10 pA

PACKAGE OPTION5T0-52(H-03A) AD590JH ADS90KHFlat Pack(F-ZA) AD590JF AD590KF

NOTES'The AD590 has been used at - 100*0 and + 200*C for short periods of measurement with no physical damage to the device. However, the absolute errors specified apply to only the rated performance temperature range.

^Maximum deviation between + 25*C readings after tempera­ture cycling between -55*C and + 150*C; guaranteed not tested.

1 Conditions: constant +5V, constant +■ 125°C; guaranteed, not tested.

4Leakage current doubles every 10*C.,See Section 16 for package outline information.Specifications subject to change without notice.

Specifications shown in boldface are tested on all production units at final electrical test. Results from those tests arc used to calculate outgoing quality levels. All min and max specifications are guaranteed, although only those shown in boldface are tested on all production units.

K

eF

*223* *27rSO" 0*

-100" O' ‘ir

*299* *323*

♦25* ♦SO"♦373* ♦ 100*

♦423" ♦ ISO*

i"lJr|Ii ill |*i i*i i‘|iiIr^iS hjrb\

300*•100* •2oo*;2ir

TEMPERATURE SCALE CONVERSION EQUATIONS

C = ’F -32)

°F = -j- °C +32

K = C +27 3.1 5

3R = °F +459.7R = F +459.7191

ADS90LMin Typ Max

AD590MMin Typ Max Units

^SOLUTE MAXIMUM RATINGS

potw»rd Voltage (E + to E -) 4-44 + 44 VoltsReverse Voltage (E + to E -) -20 -20 VoltsBreakdown Voltage (Case to E + or E -) -200 = 200 VoltsRated Performance Temperature Range' -55 +150 -55 + ISO •cStorage Temperature Range1 -65 +155 -65 +155 •cLoad Temperature (Soldering, 10 see) + 300 + 300 •c

^WER SUPPLYOperating Voltage Range + 4 +30 + 4 +30 Volts

Output

Nominal Current Output @ + 25“C(298.2K) 298.2 298.2 M-ANominal Temperature Coefficient 1 1 l+A/KCalibration Error @ + 2S’C ± 1.0 ±0.5 •cAbsolute Error (over rated performance

temperature range)Without External Calibration Adjustment x 3.0 ±1.7 •cWith + 25*C Calibration Error Set to Zero ±1.6 ± 1.0 •cNonlinearity ±0.4 ±0.3 •cRepeatability2 = 0.1 = 0.1 •cLong Terra Drift1 = 0.1 = 0.1 •c

Current Noise 40 40 pAVlfzPower Supply Rejection

+ 4VsVss + 5V 0.5 0.5 I+A/V+ 5VsVss + 15V 0.2 0.2 l+A/V+ l5V<Vss 4-30V 0.1 0.1 nAZV

Case Isolation to Either Lead 10" 10'° nEffective Shunt Capacitance too 100 pFElectrical Turn-On Time 20 20 psReverse Bias Leakage Current4

(Reverse Voltage = 10V) 10 10 pA

1CKAGE OPTION1TO-S2(H-03A) AD590LH AD590MHFlat Pack(F-2A) AD590LF AD590MF

192

Understanding the AD590 Specifications

EXPLANATION of temperature sensorSPECIFICATIONSThe way in which the AD590 is specified mikes it cisy to ,pply in i wide variety of different applications. It is important to understand the meaning of the various specifications and (he effects of supply voltage and thermal environment on ac­curacy.

The AD590 is basically a PTAT (proportional to absolute tem­perature)1 current regulator. That is, the output current is equal to a scale factor times the temperature of the sensor in degrees Kelvin. This scale factor is trimmed to IpA/K at the factory, by adjusting the indicated temperature (i.c. the output current) to agree with the actual temperature. This is done with $V across the device at a temperature within a few degrees of 25°C (298.2K). The device is then packaged and tested for accuracy over temperature.

calibration error

At final factory test the difference between the indicated tem­perature and the actual temperature is called the calibration error. Since this is a scale factor error, its contribution to the total error of the device is PTAT. For example, the effect of the 1°C specified maximum error of the ADS90L varies from 0.73°C at -5S°C to 1.42*C at 150°C. Figure 3 shows how in exaggerated calibration error would vary from the ideal over temperature.

Figure 3. Calibration Error vs. Temperature The calibration error is a primary contributor to maximum total error in all ADS90 grades. However, since it is a scale factor error, it is particularly easy to trim. Figure 4 shows the most elementary way of accomplishing this. To trim this cir­cuit the temperature of the ADS90 is measured by a reference temperature sensor and R is trimmed so that VT * lmVZK at that temperature. Note that when this error is trimmed out at one temperature, its effect is zero over the entire temperature range. In most applications there is a current to voltage con­version resistor (or. as with a current input ADC, a reference) rhat can be trimmed for scale factor adjustment.

Figure 4. One Temperature Trim

' T(°C) - T(K) -273.2; Zero on the Kelvin scale is “absolute zero '; there is no lower temperature.

ERROR VERSUS TEMPERATURE. WITH CALIBRATION ERROR TRIMMED OUTEach ADS90 is also tested for error over the temperature range with the calibration error trimmed out. This specification could also be called the "variance from PTAT" since it is the maxi­mum difference between the actual current over temperature and a PTAT multiplication of the actual current at 2$°C This error consists of a slope error and some curvature, mostly at the temperature extremes. Figure 5 shows a typical ADS90K temperature curve before and after calibration error trimming.

CALIBRATION

CALIBRATION ERROR

CALIBRATIONTRW

TEMPERATURE

Figure 5. Effect of Scale Factor Trim on Accuracy

ERROR VERSUS TEMPERATURE. NO USER TRIMS Using the AD390 by simply measuring the current, the total error is the "variance from PTAT" described above plus the effect of the calibration error over temperature. For example the AD590L maximum total error varies from 2.33°C at -5S°C to 3.02°C at 150eC. For simplicity, only the larger fig­ure is shown on the specification page.

NONLINEARITYNonlinearity as it applies to the ADS90 is the maximum devia­tion of current over temperature from a best-fit straight line. The nonlinearity of the ADS90 over the -$$eC to <-150°C range is superior to all conventional electrical temperature sensors such as thermocouples, RTD’s and thermistors. Fig­ure 6 shows the nonlinearity of the typical AD590K from Figure $.

Figure 6. Nonlinearity

Figure 7A shows a circuit in which the nonlinearity is the ma­jor contributor to error over temperature. The circuit is trimmed by adjusting Rj for a 0V output with the AD590 at 0°C. R2 is then adjusted for 10V out with the sensor at 100°C. Other pairs of temperatures may be used with this pro­cedure as long as they arc measured accurately by a reference sensor. Note that for + 15V output (150°C) the V* of the op amp must be greater than 17V. Also note that V- should be at least -4V: if V- is ground there is no voltage applied across the device.

The S90H his 60/j inches of gold plating on its Kovar leads and Kovar header. A resistance welder is used to seal the nickel cap to the header. The ADS90 chip is eutectically mounted to the header and ultrasonically bonded to with 1 MIL aluminum wire. Kovar composition: 53% iron nominal; 29% ±1% nickel; 17% ±1% cobalt;0.65% manganese max; 0.20% silicon max; 0.10% aluminum max; 0.10% magnesium max; 0.10% zirco­nium max; 0.10% titanium max; 0.06% carbon max.

(•••«) L gjl-JI V// 77VV7 /// 7/7

FLAT-PACK PACKAGE: DESIGNATION “F"

!)

The 590F is a ceramic package with gold plating on its Kovar leads, Kovar lid, and chip cavity. Solder of 80/20 Au/Sn com­position is used for the 1.5 mil thick solder ring under the lid. The chip cavity has a nickel underlay between the metalizadon and the gold plating. The AD590 chip is eutectically mounted in the chip cavity at 410aC and ultrasonically bonded to with 1 mil aluminum wire. Note that the chip is in direct contact with the ceramic base, not the metal lid.

In the AD590, this PTAT voltage is converted to a PTAT cu^ rent by low temperature coefficient thin film resistors. The total current of the device is then forced to be a multiple 0f this PTAT current. Referring to Figure 1, the schematic di*. gram of the AD590, Q8 and Q11 are the transistors that pro. ducc the PTAT voltage. R5 and R6 convert the voltage to current. Q10, whose collector current tracks the collector currents in Q9 and Qll, supplies all the bias and substrate leakage current for the rest of the circuit, forcing the total current to be PTAT. R5 and R6 are laser trimmed on the wafer to calibrate the device at ♦25°C.

Figure 2 shows the typical V-l characteristic of the circuit at «-25°C and the temperature extremes.

n*C (DM # AVAIL**Cl M UMATINMO OmFww.awmr Tt«cwPCArAt.ee to* »rr aka

Meta!iration Diagram

CIRCUIT DESCRIPTION1The AD590 uses a fundamental property of the silicon tran­sistors from which it is made to realize its temperature propor­tional characteristic: if two identical transistors are operated at a constant ratio of collector current densities, r, then the difference in their base-emitter voltages will be (kT/q)(ln r). Since both k, Boltzman's constant and q, the charge of an electron, arc constant, the resulting voltage is directly propor­tional to absolute temperature (PTAT).

Figure I. Schematic Diagram

♦iso*c

SUPPLY VOLTAGE

Figure Z V-l Plot

1 For e more detailed circuit description see M-P. Timko, "A Two- Terminal 1C Temperature Transducer." IEEE J. Solid State Circuits, Vol. SC-11. p. 784-788, Dec. 1976.

194

Applying the AD590general applications

♦6V

OFFSETCALIBRATION

AD2040 GAIN SCALING

-OOFFSET SCALING

Figure 10. Variable Scale Display

Figure 12. Differential Measurements

Figure 10 demonstrates the use of a low-cost Digital Panel Meter for the display of temperature on either the Kelvin, Celsius or Fahrenheit scales. For Kelvin temperature fins 9,4 and 2 are grounded; and for Fahrenheit temperature Pins 4 and 2 arc left open.

The above configuration yields a 3 digit display with I°C or I°F resolution, in addition to an absolute accuracy of ±2.0®C over the -5 J#C to +125°C temperature range if a one-temper­ature calibration is performed on an ADS90K, L, or M.

♦ 15V +5V

ADS90A0590

AOS90

AD590T AVG

T MIN

a desired temperature difference. For example, the inherent offset between the two devices can be trimmed in. If V + and V- arc radically different, then the difference in internal dissi­pation will cause a differential internal temperature rise. This effect can be used to measure the ambient thermal resistance seen by the sensors in applications such as fluid level detec­tors or anemometry.

73V

IRON

CONST ANTAN

METER

RESISTORS ARE 1%. SOppnVC

Figure 13. Cold Junction Compensation Circuit for Type J Thermocouple

Figure 11. Series & Parallel Connection

Connecting several AD590 units in series as shown in Figure 11 allows the minimum of all the sensed temperatures to be indicated. In contrast, using the sensors in parallel yields the average of the sensed temperatures.

The circuit of Figure 12 demonstrates one method by which differential temperature measurements can be made. Rj and Rj can be used to trim the output of the op amp to indicate

Figure 13 is an example of a cold junction compensation circuit for a Type J Thermocouple using the AD590 to monitor the reference junction temperature. This circuit replaces an ice-bath as the thermocouple reference for ambient temperatures between ♦15°C and ♦3S8C. The circuit is calibrated by adjust­ing Rt for a proper meter reading with the measuring junction at a known reference temperature and the circuit near *2$ C.Using components with the T.C.’s as specified in Figure 13, compensation accuracy will be within ±0.5 C for circuit temperatures between ♦15°C and +35 C. Other thermocouple types can be accommodated with different resistor values.Note that the T.C.’s of the voltage reference and the resistors 195 arc the primary contributors to error.

■O TOOmvrc vT - inttuvrc

Figure 7A. Two Temperature Trim

Figure 7B. Typical Two-Trim Accuracy

VOLTAGE AND THERMAL ENVIRONMENT EFFECTS

The power supply rejection specifications show the maximum expected change in output current versus input voltage changes. The insensitivity of the output to input voltage allows the use of unregulated supplies. It also means that hundreds of ohms of resistance (such as a CMOS multiplexer) can be tolerated in series with the device.

It is important to note that using a supply voltage other than 5V does not change the FT AT nature of the AD590. In other words, this change is equivalent to a calibration error and can be removed by the scale factor trim (see previous page).

The AD 5 90 specifications are guaranteed for use in a low thermal resistance environment with 5V across the sensor. Large changes in the thermal resistance of the sensor’s envi­ronment will change the amount of self-heating and result in changes in the output which are predictable but not neces­sarily desirable.

The thermal environment in which the AD$90 is used deter­mines two important characteristics-, the effect of self heating and the response of the sensor with time.

Figure 8. Thermal Circuit Model

Figure 8 is a model of the ADS 90 which demonstrates these characteristics. As an example, for the TO-52 package, 0jc i* the thermal resistance between the chip and the case, about

26°C/watt. dcA •* the thermal resistance between the case and its surroundings and is determined by the characteristics of the thermal connection. Power source P represents the power dissipated on the chip. The rise of the junction temperature, Tj, above the ambient temperature TA is:

Tj -TA « P (0jC + 0^). Eq. 1

Table I gives the sum of 8jq and for several common thermal media for both the “H” and “F" packages. The heat­sink used was a common clip-on. Using Equation 1. the temper, ature rise of an AD590 “H" package in a stirred bath at ♦25eC, when driven with a 5 V supply, will be 0.06°C. However, for the same conditions in still air the temperature rise is 0.72°C: For a given supply voltage, the temperature rise varies with the current and is FTAT. Therefore, if an application circuit is trimmed with the sensor in the same thermal environment in which it will be used, the scale factor trim compensates for this effect over the entire temperature range.

MEDIUM 6\r * 0r-A(°C/watt) T (secMNote 3)H F H F

Aluminum Block 30 10 0.6 0.1Stirred Oil1Moving Air1

42 60 1.4 0.6

With Heat Sink 4$ ~ 3.0 -Without Heat Sink

Still Air11$ 190 13.3 10.0

With Heat Sink 191 - 108 -Without Heat Sink 480 630 60 30

' Note: r is dependent upon velocity of oil; average of several velocities listed above.

* Air velocity a 9ft/sec.’The time constant is defined as the tune required to reach 63.2% of an instantaneous temperature change.

Table t. Thermal Resistances

The time response of the AD590 to a step change in tempera­ture is determined by the thermal resistances and the thermal capacities of the chip, <^-H, and the case, C^-. C^-H is about 0.04 watt-sec/°C for the AD590. C^- varies with the measured medium since it includes anything that is in direct thermal con­tact with the case. In most cases, the single time constant ex­ponential curve of Figure 9 is sufficient to describe the time response, T(t). Table I shows the effective time constant, r, for several media.

SENSE0TEMPERATURE

HI •

Figure 9. Time Response Curve

OUTPUT HIGH - TEMKAATURE MOVE SET

OUTPUT LO* - TEMPERATUAI ULOR Mr row

4mA - ire 12mA - ZS*C 20mA - J3°C

+1 AO 581

AD590

-a- 0.01

Figure 14. 4 to 20mA Current Transmitter

Figure 14 is in example of a current transmitter designed to be used with 40V, lkfl systems; it uses its full current range of 4mA to 20mA for a narrow span of measured temperatures.In this example the IpA/K output of the ADS90 is amplified to 1mA/ C and offset so that 4mA is equivalent to 17 C and 20mA is equivalent to 3 J°C. RT is trimmed for proper reading at an intermediate reference temperature. With a suitable choice of resistors, any temperature range within the operating limits of the AD590 may be chosen.

v»

ADSWl-----

COMP

CO |______ j

HEATINGELEMENTS

Figure 15. Simple Temperature Control Circuit

Figure 15 is an example of a variable temperature control cir­cuit (thermostat) using the AD590. RH and RL are selected to set the high and low limits for RSET. RSET could be a simple pot, a calibrated multi-turn pot or a switched resistive divider. Powering the ADS90 from the 10V reference isolates the AD590 from supply variations while maintaining a reasonable voltage (~7V) across it. Capacitor Cj is often needed to filter extraneous noise from remote sensors. R0 is determined by the (3 of the power transistor and the current requirements of the load.

Figure 16 shows how the AD590 can be configured with an 8- bit DAC to produce a digitally controlled set point. This

Figure 16. DAC Set Point

particular circuit operates from 0 (all inputs high) to *5 1°C (all inputs low) in 0.2°C steps. The comparator is shown with 1 C hysteresis which is usually necessary to guard-band for extraneous noise; omitting the S.IMfZ resistor results in no hysteresis.

Figure 17. AD590 Driven from CMOS Logic

The voltage compliance and the reverse blocking characteristic of the AD$90 allows it to be powered directly from +5 V CMOS logic. This permits easy multiplexing, switching or pulsing for minimum internal heat dissipation. In Figure 17 any ADS90 connected to a logic high will pass a signal current through the current measuring circuitry while those connected to a logic zero will pass insignificant current. The outputs used to drive the AD590's may be employed for other purposes, but the additional capacitance due to the ADS90 should be taken into account. 197

ROWSELECT

AOM1

COLUMNSELECT <0(1 CMOS ANALOG

MULTIF LEXER

INHKIT

torn lOnvrc

• INARY TO DECODER

DECODERDECIMAL(CO-TO-

CMOJ

Figure 18. Matrix Multiplexer

CMOS Analog Multiplexers can also be used to switch AD 590 current. Due to the ADS90’s current mode, the resistance of such switches is unimportant as long as 4V is maintained across the transducer. Figure 18 shows a circuit which combines the principal demonstrated in Figure 17 with an 8 channel CMOS Multiplexer. The resulting circuit can select one of eighty sensors over only 18 wires with a 7 bit binary word. The inhibit input on the multiplexer turns all sensors off for mini­mum dissipation while idling.

TTUOTl TO CMOS INTERFACE

CHANNELSELECT

Figure 19. 8-Channel Multiplexer

Figure 19 demonstrates a method of multiplexing the AD$90 in the two-trim mode (Figure 7). Additional AD590's and their associated resistors can be added to multiplex up to 8 channels of ±0.5°C absolute accuracy over the temperature range of -5 5°C to + 125°C. The high temperature restriction of +125 C is due to the output range of the op amps; output to +150 C can be achieved by using a +20V supply for the op amp.

138

MC1403rAMC1503,A

MOTOROLA

LOW-VOLTAGE REFERENCE

A pndtion bantffW MlUft nkn«a designed lor crhcal ■MtiMMnKlion end D/A convener epplicatiee*. This ml * dcvgned to Mxt well Uotoreto MC1S06. MC1S08. *rd MC3510 D/A converters. end MCI *433 A/D urtltim Low lempeeeture dr Ml is 1 prim* design considers lione Output Voltege •» 1* V *25 mV o Input Voltege Range ■ 4* V Id 40 V• Quiescent Current • l*>mA typ• Output Current • 10 ntA• Temper store Coefficient* 10 ppm^Ciyp » Guerenteed Tempereture Drill Spedficatiort• Equivelent to AD580• Sunderd 0-Fin DIF FeckegeTypical Appliestioee• Voltege Reference lor 0-12 Bit 0/A Conveners• Low tc Zener Replacenssrd• Mi#t StsbHhy Cement Relerenoe• Voltmeter System Relerenoe

PRECISION LOW-VOLTAGE REFERENCE

LASER TRIMMED SILICON MONOLITHIC INTEGRATED CIRCUIT

MAXIMUM RATINGS n* - »*C«ue arhenme neledj

usumx pCERAMC fackage r

CASE *93-01 '

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OAOEIIIMG INFORMATION

D»«iaoTwrrwomn 1

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MCUOSAU -as | Ceeemie DIP

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MC1403A 1

L*« RgfulguoR Regime mV

ns V * V, < 40 VI — 1J 45a5 v < v, < is VI - 0JS 3S

Loed Arfvlote" Re*med - - 10 mV

(0 mA < Iq < 10 mA|

OvdrerAt Cv»»**u •l - u 1 j mA

Il0 - 0~AI

B9

■VOLTAGE REGULATORSFixed Output Voltage Regulators

Low cost, monolithic circuits for positive and/or negative regulation at currents from 100 mA to 3 A. These circuits require no external add-on component, although an input capacitor should be used if the regulator is located an appreciable distance from the power supply filter, and an output capacitor could improve transient response. They are ideal for on-card regulation of subsystems, affording possible economic advantages and performance improvement in applications where total system regulation is not required.

Most devices are available in metal and plastic packages. All employ internal current limiting, thermal shutdown and safe-area compensation - making them essentially blow-out proof. All are designed to operate over a (PC to 150°C junction temperature range, except 'Tj = -55°C to + 15(PC.

FIXED VOLTAGE, 3 TERMINAL REGULATORS FOR POSITIVE OR NEGATIVE POLARITY POWER SUPPLIES.

^outVolt*

Tol.tVolt,

tomAMax

Device Type Positive Output

Device Type Negative Output

V|„Min/Mex

R*91inemV mV

AVqMTmV/°C Case

2 : 0.1 1500 - MC7902C 5.5735 40 120 1.0 11.3133 ; o.is 100 - MC79L03AC 4.7/30 60 72 0.63 i 0.3 100 — MC79L03C 4.7/30 BO 72 0.6 29.795 t0.5 100 MC78L0SC MC79L0SC 6.7/30 200 60 0.1 29. 79

-0.25 MC78L0SAC MC79L05AC 150500 MC78M05C - 7/35 100 100 1.0 79.313750 MC7705C - 79.313

1500 MC7805C MC7905C 11.313$ 0.4 LM109 - 11. 79

LM209 -

t 0.25 LM309 - 50 11t 0.3 3000 ' • LM123 • _ 7.5/20 25t 0.2 ’ -LM323 _

5.2 2 0.26 1500 MC7905.2C 7.2/35 105 105 1.0 11 3136 t 0.3 500 MC78M06C - 8/35 too 120 1.0 79 313

750 MC7706C _ 120 79.3131500 MC7806C MC7906C 11.313

8 ! 0.8 100 MC78L08C - 9.7/30 200175

80 0.16 29. 79

t 0.4MC70LO8AC _

500 MC78M08C - 10/35 100 160 1.0 79.313750 MC7708C _ 160 79.313

1500 MC7808C MC7908C 11. 31312 t 1.2 100 MC78L12C MC79L12C 13.7/35 250 too 0.24 29. 79

t 0.6 MC78L12AC MC79L12AC500 MC78M12C - 14/35 100 240 1.0 79.313 -750 MC7712C - 240 79 313

1500 MC7812C MC7912C 11 31315 2 1.5 100 MC78L15C MC79L15C 16.7/35 300 ISO 0.3 29. 79

t 0.75 MC78L15AC MC79L15A500 MC78M15C - 1 7/35 100 300 1.0 79.313750 MC7715C - 300 79 3131500 MC7815C MC7915C 11 313

16 2 1.8 100 MC7BL1BC MC79L18C 19.7/35 325 170 0.36 29, 792 0.9 MC78L1BAC MC79L16AC

500 MC78M18C - 20/35 too 360 1.0 79 313750 MC7718C - 360 79.313

1500 MC7818C MC7918C 11.313' 56 21.0 —m— MCSaUjflC - iiUt

25.7/40

—ns— 400 1.0 79. 3137 50 MC7720C - 400

24 2 2.4 100 MC70L24C MC79L24C 350 200 0 40 29. 79 2 1.2 MC78L24AC MC79L24AC 300 29. 79

500 MC78M24C - 26/40 100 480 1.2 79.313750 MC 7 724 C - 480 VO 79,313

1500 MC 7 024 C MC7924C 11. 313___

•T j * -55 to *150°C * * To be introduced

lOutput Voltage Tolerance for Worst Case200

Variable Output Voltage RegulatorsThe regulators in the following tables can be tailored (or any specific output voltage within the

indicated ranges through the use of externa! resistors. The indicated output current is available directly from the device. Increased output current can usually be obtained through the use of external current — boosting circuits. All have internal provisions for current limiting, or are internally pro­tected against excessive thermal or SOA overloads.

POSITIVE OUTPUT REGULATORS

•o

suFF Vout V in

Vin - V<Hlt Differ­ential

pOWattsMax

Regulation% V0u, 9T» - 25°C TCVou, Tj-

mA Device 1 Volts Volta Volts Tv25t>C

T fP TVP “cMax Type X Min Max Min Max Max Line Load X/°C Mix Cl*

20 ML.M305 G 4.5 40 8.5 50 3.0 0.4 1.3 0.06 0.1 0.007 85 601MUM205 0.68 1.6 tooMLM10S 30 2.7 ISO

ISO MCI 723 CP 2.0 37 9.5 40 0.65 - 0.1 0.3 0.003 160 646CG 0.8 2.1 0.1 0.003 603CG 0.2 0.002

CL 1.0 - 0.1 0.003 175 632L - 0.2 0.002

250 MCI 469 G 2.5 32 9 35 3.0 0.68 1.8 0.03 0.13 0.002 150 603MCI 569 37 8.5 40 2.7 0.015

600 MCI 469 m 2.5 32 9.0 35 3.0 3.0 >4.0 0.03 0.05 0.002 150 614MC1569 37 8.5 40 2.7 0.015

1500 LM317‘ T 1.2 37 40 3.0 Internally 0.07 1.5 0.5 125 313LM317- K Limited 11LM117* 0.05 1,0 150

•To be Introduced

NEGATIVE OUTPUT REGULATORS, 20

250

LM304 O 0.035 30 B.0 40 2.0 0.4 1.3 0.1 0.05 0.007 80 603LM204 0.015 40 50 0.68 1.6 100LM104 2.7 ISO

MC1463 G 3.8 32 9.0 35 3.0 0.68 1.8 0.03 0.05 0.002 150 603MCI 563 3.6 33 8.5 40 2.7 0.015 0.13

Aoo MC1463 A 3.8 Si 9.0 35 i.i 4.6 0.03 0.05 0.002 Ofc 614MCI463 3.6 37 8.5 40 2.7 0.015

Switching Regulators

Used as the control circuit in PWM. push-pull, bridge and series type switchmode supplies. The device includes the reference, oscillator, pulse-width modulator, phase splitter and output sections. Frequency and duty cycle are independently adjustable.

•r- Iq1mA

- Max

vccVolts

*0kHz DeviceNumber SUFFIX % Ca*Min Ml* Min Max

40 10 30 2.0 100 MC3420 P 0 to ♦ 70 648L 620

MC3520 L -55 to *125 620

201

Special Regulators

FLOATING VOLTAGE AND CURRENT REGULATORS. Designed for laboratory type power supplies, these unique regulators can deliver hundreds of volts - limited only by the breakdown voltage of associated, external, series-pass transistors.

VquiVolts

■omAMax

DeviceType

suFF1

X

VauxVolts

I'DWattsMax

AVref/VrgfX

ail/iu

%Max

TCVout%I°CTyp CaseMin Max Min Max Line1 ■ Load

0 • • MC1466 L 21 30 0.75 0.015 0.015 0.2 0.010.006

632MCI 566 L 20 35 0.004 0.004 0.1

* Dependent on characteristic* of external series-pass elements.

DUAL ±15 V TRACKING REGULATORS. Dual polarity regulator designed to provide balanced positive and negative output voltages. Internally, the device is set for ±15 V, but an external adjust­ment can change both outputs simultaneously, from 8.0 V to 20 V.

voutVolts

<0mAMax

Vj„Volts Device

Type

suFF

X

--------T------

PoWattsMax

ReclinemV

RagloadmV

TCv°c

(T|ow to Thigh Typ CaseMin Max Min Max

14.8 15.2 1100 17 30 MC1468 G 0.8 10 10 3.0 0 to +75 603CL 1.0 632R 2.4 614

MCI 568 G 0.8 -55 to +125 603CL 1.0 632R 2.4 614

LOW TEMPERATURE DRIFT. LOW VOLTAGE REFERENCE

^OUtVoltsTyp

•omAMax

AVoot'ATppm/°c

MaxDeviceType

suFF

X

RPOllne (7.0 V <

V|<30 VI Max

Rpflline 1435 V <

Vio<7.0 V Max

P*flload 11.0 mA < (0<11mAI

mAMax

TA"C Case

2.5 : 25 mV 10 40 MC1403 PI. u 6.0 3.0 10 0 to +70 626.69325 MC1403A55 MC1503 u -55 to +125 69325 MCI 503 A

Package Styles

CASE 11 29-, ; 79 ■ . 313 v. s 601 ... : - *03Jr< - 603CV;MATERIAL Metal Plastic Metal Plastic Metal Metal Metal

SUFFIX K P G T G G Gafter type number -J

a

M □ C C

CASE 614 620 626 632 646 646 693JJMATERIAL Metal Ceramic Plastic Ceramic Plastic Plastic Ceramjf_

SUFFIX R L P or PI L P P Uafter type number

202

Anexo “F”

Programa denominado “Listo”para verijicar el funcionamiento correcto del alantbrado electrdnico delsistema mitiimo del horno de (res ion as

El siguiente listado del programa denominado “Listo”, es un programa que servira para comprobar el funcionamiento y activation de los diferentes componentes electronicos del sistema minimo, circuito disefiado para la activacidn y despliegue de informacidn del homo de Ires zonas de calentamiento.

Para poder introducir en la memoria EPROM 2732 dicho programa, es necesario que se redacte 6ste en lenguaje ensamblador para el microcontrolador 80C31 o lo que es igual para el microcontrolador 8051 que tiene el mismo set de instrucciones. Para empezar a escribir este programa, es necesario empezar con la siguiente cabecera de inicio:

Defeg Listo, absolute;Seg ListoOrg $0080Mov TCON, #55H

Dentro de este encabezado necesitamos saber que la palabra “Listo” es el nombre que se le dari al programa que se esta escribiendo, “Org 0080” es la direction de comienzo del programa. Posteriormente se procede a escribir el programa o rutinas que tiene que efectuar el microcontrolador23 para verificar el funcionamiento total de sus perifericos (para este caso), el cual esta divido de la siguiente forma:

Direcciones Numero de linea Programa Comentarios

De estos, solamente se redacta a continuacidn el programa y los comentarios que son todos aquellos que estin posteriores al signo punto y coma (;). Una observation dentro de esta columna es que no se pueden escribir determinadas reglas gramaticales porque no las reconocera la paqueteria.

PROGRAMACION DEL SISTEMA MINIMO MKS-8051 PROGRAMA DENOMINADO “LISTO”

buffi equ 39h dato de teclado en binariobuff2 equ 38h dato en hexadecimalbuffi equ 37h nible menos sig en c7sbu£f4 equ 36h nible mas sig en c7sbu£F5 equ 35h libre usuariobuff6 equ 34h bandera 00 si otrobuffi equ 33h 2 dates teclados en hexade

cimalbuffB equ 32h direccion MS bytebuffi equ 3 lh direccion LS bytebuffi 0 equ 30h inicio del brinco de salida

del comando go se carga C:

buffi OX equ 3ff8hbufflX equ 3ff9hbuffS X equ 3ffah

rst40X equ 3fc8h

23Programa que se necesita para efectuar los procesos de un sistema en particular

203

rst44XEXTIOX

equequ

3fcch3fdOh

TIMEROXEXTI1X

equequ

3fd8h3feOh

TIMER1X equ 3fe8hSERIEX equ 3fl93h

aa equ 3fc4hbb equ 3fc3hppsw equ 3fc2hssp equ 3fclhddpl equ 3fcOhddph equ 3fbfhppl equ 3fbehPP3 equ 3fbdhiip equ 3fbchiie equ 3fbbhttmod equ 3fbahttcon equ 3fb9htthO equ 3fb8htuo equ 3fb7htthl equ 3fb6htill equ 3fb5hsscon equ 3fb4hppcon equ 3fb3hssbuf equ 3fb2hppO equ 3fblhPP2 equ 3fbOhrrO equ 3fafhrrl equ 3faehrr2 equ 3fadhrr3 equ 3fachrr4 equ 3fabhrr5 equ 3faahrr6 equ 3fa9hrr7 equ 3fa8hrr8 equ 3fa7hrr9 equ 3fa6hrra equ 3fa5h

db 00db 00

rst44 : ljmp rst44X ; reset por softwarenop

entra : mov dptr,#AAmovx @dptr, a ; acumuladordec dpimov a, bmovx @dptr, a ; registro Bdec dpimov a, pswmovx @dptr, a ; program status worddec dpimov a, sp

204

XbanOl:

movx @dptr, adec dpimov a, 3lhmovx @dptr, adec dpimov a, 32hmovx @dptr, adec dpimov a, pimovx @dptr, adec dpimov a, p3movx @dptr, adec dpimov a, ipmovx @dptr, adec dpimov a, iemovx @dptr, adec dpimov a, tmodmovx @dptr, adec dpimov a, Iconmovx @dptr, adec dpimov a, thOmovx @dptr, adec dpimov a, tlOmovx @dptr, adec dpimov a, thlmovx @dptr, adec dpimov a, tilmovx @dptr, adec dpimov a, sconmovx @dptr, adec dpimov a, peonmovx @dptr, adec dpimov a, sbufmovx @dptr, adec dpidec dpimov psw, #00hmov dptr, #rrlmov rO, #01hmov a, @rOmovx @dptr. ainc rO

; strack pointer

; DPL guardado en;buff9(31h)

; DPH guardado en ; buffS (32h)

; puerto 1 del ; mcs 8051

; puerto 3 del ; mcs 8051

; interrupt priority; control

; interrupt enable; control

; timer/counter ; mode control

; timer/counter; control

; timer/counter 0 ; byte alto

; timer/counter 0 ; byte bajo

; timer/counter 1 ; byte alto

; timer counter 1 ; byte bajo

; serial control

; power control

; serial data; buffer

205

dec dpicjne rO, #20h, XbanOlmov dptr, #nOmov a, buffimovx @dptr, a

LISTO : call limpiamov dptr, #talistr ; c7s’’LIST”call despl ; desplega dirdes

como: call Hadjob acc. 4, brinsjmp vez

brin : call errorvez: jnb acc. 4, como

mov a, buffirr aanl a, #lfhmov detr, #tacomjmp @a+dptr

tacom : nopnopajmp goajmp comlajmp co m2ajmp cerrnop

C0M1

coml : call limpiamov dptr, #tacomlcall desplcall llacmov a, bufficjne a, #03h, nada

nada: jc coml 1cerr: call error

mov sp, #58hsjmp como

coml 1 : cjne a, #00h, tregjmp mem

treg : cjne a, #01h, ensaljmp reg

ensal: mov deptr, #tape tabla c7s "PE”call despl desplega dirdescall dat dato-c7s en dirdes+3

nodato=errorcall llac ; desp sens tecla

dato=sigue, =/erroraid: mov a, buffi dato

mov rS, 04h dato anteriormov r4, a datocall corre2 diredes+3 a dirdes+2call combia a=c7smov 3dh, a dirdat

ain :

dsppdp :

pss :

pssOl : pss l :

call Had

jnb acc.4, aidcall llac2

call actpuepush dpipush dphmov dptr, #0f00hclr cmov a, r4addc a, dpimov dpi, amovx a, @dptrpop dphpop dpicall mbff4call despcall datos

mov a, buff6cjne a, #OOh, pps

incsjmpmovcallcallmovpushpushmovmovclraddmovmovmovxpoppopcalljbljmpmovcjneincmovcallsjmp

r4aindptr, #tapsdesplactpuea,buff?dphdpidptr, #OfDOh a, r4 ca, dpi dpi, a a, bufl7 @dptr, a dpi dph Hadacc.4, pssl cerr a, buffi a, #10h, pss02 r4dptr, #tapedesplain

; desp sens tecla dato =acc. 4=0, com=acc. 4= 1

; si es dato salta ; pone en a=r4=datos anteriores (2)

; r4=c7s y lo pone en ; dirdes+3, +2

; carga dptr con ; pagina cero de puer- ; tos,suma dpl+r4 ; para obtener la di- , reccion de puerto .

a=c7s y lo pone en datdesespera 3 datos, si el primer dato es otro regresa con buff6=0 si hay datos y al ultimo otro regresa con bu£F6=/0. Pon da- tos=c7s en datdes+1. 00=otro si a=/0, mismo puerto como salida inc puerto brinca a otro puerto tabla'TS” desp solo dirdes a=r4=c7s en dirdes 2 datos tecleados en hex.

dptrt-r4=direcci- on del puerto a don- de se mandan los da­tos tecleados anteriormente 2 datos tecleados

desp y sensa tecla salta si es com error pues fue dato dato teclas brincaes lOh (otro) tabla "PE"

207

pss02 :

; MEM

mem:

gatol:

modmetn :

reg :

modr :

mism :

misml :

bus :

busl :

cerrito : tarsi: norm :

cjne a, #08h, pssO 1 ;brinca =/08h ; (es com2)

jmp listo ; es coml ve a listo

mov dptr, #tadir ; tabla ‘’DIR”call despl ; desplega solo dirdescall c4call ; desplega sensa tecla

mov dpi, buffi)

; si es com=error, si ; es dato lo recorre a ; la izq en dirdes, si ; es otro regresa con ; datos en buffi 8 y 9

mov dph, buffScall actdir ; dptr a c7s y lo ponemovx a, @dptr ; en dirdescall mbff4 ; a=c7s en dirdatcall datos ; espera 3 teclas, el

mov a, buff6

; ultimo es otro re- ; gresa con datos en ; buff?, si solo ; fue otro buff6=0 ; bandera 0=otro

cjne a, #00h, modmeminc dptrsjmp gatolmov a, buff? ; datos tecleadosmovx @dptr, a ; antes de otroinc dptrsjmp gatol

REG

mov dptr, #tareg ; tabla ’REG”call despl ; desp solo dirdescall llacmov a, buffi , dato tecleado en hexcjne a, #03 h, mismjbc psw.7, cerrito ; jmp si c=l

cjne a, #0ch, misml; c=l si dato <03h

jbc psw.7, norm ; jmp si c=l

cjne a, #0ch, bus; c= 1 dato<0eh

ljmp tarO ; dato Ochcjne a, #0dh, buslljmp tarl ; dato Odhcjne a, #0eh, tarsiljmp tar2 ; dato Oehljmp cerrljmp tar3 ; dato Ofhpush dph

valor :

valor 1 :

dedec :

pushmovmovmovmovmovmovpoppopmovanlsubbrlmovmovmovsubbmovmovrlmovmovsubbmovcallcallcjnemovmovmovxcallcallcallmovcjnedecdeccjnepushpushmovmovmovmovmovmovpoppopcalljmpcallsjmpmovmov

dpidptr, #tamreg rO, dph rl, dpi dptr, #aa r2, dph r3, dpi dpi dph a, buffi a, #Ofh a,#03h ar4, a r5, a a, r3 a, r5 r3, a a, r4 ar4, a a, rl a, r4 rl, a actreg Hada, #!0h, modr dpi, r3 dph, r2 a, @dptr mbff4 desp datos a, buff6a, #00 h, modconr3rlr3, #0b2h, dedecdphdpidptr, #tamreg rO, dph rl, dpi dptr, #aa r2, dph r3, dpi dpi dph actreg valor actreg valor a, buffi dph, r2

; dato en hex

; O=otro ; salta a modi- ; fica contenido

; valor para ; repetir registros

, pone 2 c7s de tamreg ; en dirdes

; datos anteriores ; a “otro”

modcon :

movmovxsjmp

tarO : call

valorBo:callcall

valoBOO :cjnedec

dedecBO:

deccjnecallcallsjmpcall

modconBO :sjmpmovmovmovmovxsjmp

tarl : call

valorBl :callcall

valorBll :cjnedec

dedecBI :

deccjnecallcallsjmpcall

modconB 1 :sjmpmovmovmovmovxsjmp

tar2 : call

valorBl :callcall

valorB22 :cjnedec

dedecBI :

deccjnecallcallsjmpcall

modconB! :sjmpmovmov

dpi, r3 @dptr, a valor 1

BANCO DE REGISTRO 0 cataiO ; carga valores deactreg ; tablasvaloresa, #00h, modconBOr3rlr3, #0a?h, dedecBOcatarOactregvalorBOactregvalorBOa, buff? ; datos antes de otrodph, t2dpi, r3 @dptr, a valorBOO

BANCO DE REGISTRO 1catarlactregvaloresa, #00 h, modconB 1r3rlr3, #9fh, dedecBIcatarlactregvalorBlactregvalorBla, buff? ; datos antes de otrodph, r2dpi, r3 @dptr, a valorBll

BANCO DE REGISTRO 2catar2actregvaloresa, #00h, modconB2r3rlr3, #97h, dedecB2catarlactregvalorB2actregvalorB2a, buff? ; datos antes de otro dph ,r2

f

mov dpi, r3movx @dptr, asjmp valorB22

BANCO DE REGISTRO 3tar3 : call catar3

call actregvalorB3 : call valores

cjne a, #00h, modconB3valorB33 : dec r3

dec rlcjne r3, #8fh, dedecB3call catar3call actregsjmp valorB3

dedccB3 : call actregsjmp valorB3

modconB3 : mov a, buff7mov dph, r2mov dpi, r3movx @dptr, asjmp valorB33

GO

go: mov dptr, #tago ; labia ”EJEC”call desplcall Hadjb acc.4, go2call bff90call c4call

gol : mov rO, bulT9 ; lsbyte dirmov rl, buffS ; Msbyte dirmov dptr, #ddph ; buffer ext de dphmov a, rl ; carga en ddph Msbytemovx @dptr, a ; buffer 8inc dptr ; ddplmov a, rOmovx @dptr, a

g°2 : mov dptr, #ddplmovx a, @dptrmov bufT9, adec dpi ; ddphmovx a, @dptrmov buffs, amov buffi0, #02h ; salto de ejecmov dptr, #iipmovx a, @dptrmov ip, adec dpimovx a, @dptrmov ie, adec dpimovx a, @dptrmov tmod, a

211

band) 123 :

dec dpimovx a, @dptrmov Icon, adec dblmovx a, @dptrmov thO, adec dpimovx a, @dptrmov tlO, adec dpimovx a, @dptrmov thl, adec dpimovx a, @dptrmov til, adec dpimovx a, @dptrmov scon, adec dpimovx a, @dptrmov peon, adec dpimovx a, @dptrmov sbuf, amov psw, #00 hmov dptr, #rrlmov rO, #01hmovx a, @dptrmov @rO, adec dpiinc rOcjne rO, #20h, banco 123mov dptr, #ppsw dir ext del busmovx a, @dptr de pswmov psw, amov dptr, #bb dir ext del busmovx a, @dptr de bmov b, amov dptr, #aamovx a, @dptrpush accmov a, #05h scan displaymov dptr, #0t02h msbyte dirmovx @dptr, a datosmov a, #79h "E"mov dptr, #0f00hmovx @dptr, amov dptr, #bufflOX dir de sa

de ejectmov a, 30h buffi tiene unmovx @dptr, ainc dptrmov a, bufF8 Msbyte dirmovx @dptr, a

inc dptrmov a, buff? ; Lsbyte dirmovx @dptr, apop accljmp buffi Ox ; buff 10X ext

inicio de ejecucionCOM2

com2 : call limpiamov dptr, #tacom2 ; tabla ‘ ’CO”call desplcall llacmov psw, #00hmov dptr, #ta2commov a, buff2rl aadd a, dpimov dpi, amovx a, @dptrmov buff?, ainc dptrmovx a, @dptrmov buflfS, amov dptr, #bufflOXmov a, #02hmovx @dptr, amov a, buff?inc dptrmovx @dptr, amov a, buffSinc dptrmovx @dptr, aljmp buffi OX

CDR : calculo de desplazamientos relatives

cdr: mov dptr, #tacdr ; tabla ’CDR’call desplcall c4call

cdr2 : mov a, buff? ; lsbyte dirdesmov buffi 0, arr arr arr arr amov buff1?, amov rl, #03hmov r2, #00hmov it), #32h

cdr02 : mov a, @rOanl a, #Ofhcjne a, #Oah, mos

ccrrup ljmp cerrmos : jnc cerrup

213

cdrOl :

; MBM

mbm :

moblome :

incrf:

incrd :

dec ri)djnz rl, cdri>2mov rl, #03hmov rO, #32hmov a, @rOanl a, #Ofhmov r3, amov a, r2rl arl aadd a, r2rl aadd a, r3mov r2, adec ri)djnz rl, cdrOlcpl ainc adr cmov r3, amov a, r2call limpiacall mbff4mov r4, 03hcall actpuemov a, #40hmov 3bh, aIjmp como ; rec de comandos li

mueve bloques de memoria

call limpiamov dptr, #tambm ; tabla ‘MBM’call cmcallmov dph, r2 ; dir fuente msbytemov dpi, r3 ; dir fuente lsbytemovx a, @dptrmov dph, r6 , dir destino msbytemov dpi, r7 ; dir destino lsbytemovx @dptr, acjne r3, #Offh, incrfsetb cclr aaddc a, r2mov r2, ainc r3cjne r7, #Offh, incrdsetb cclr aaddc a, r6mov r6, ainc rldjnz r5, moblome ; cantidad Lsbytecjne r4, #OOh, mome

214

mo me :

cm :

verifm

gover:

incmf:

incmd:

cmme :

noequ :

dam :

ljmp listodec r4 ; cantidad msbytesjmp moblome

compare memoria

call limpiamov dptr, #tacm ; tabla "CP"call cmcallclr cmov dph,r2 ; fuente dir Msmov dpi, r3 ; fuente dir Lsmovx a, @dptrmov rO, amov dph, r6mov dpi, r7movx a, @dptrclr csubb a, ri) ; resta des-fuentejnz noequcjne r3, #0ffh, incmfsetb cclr aaddc a, r2mov r2, ainc r3cjne r7, #Offh, incmdsetb cclr aaddc a, r6mov r6, ainc r7djnz r5, verifmcjne r4, #00h ,cmmeljmp listodec r4sjmp verifmmov dph, r2mov dpi, r3call pintamov dph, r6mov dpi, r7call pintajmp gover

DAM : desplegado automatico de memoria

call limpiamov dptr, #tadam ; tabla "dAM”call desplcall cmcallmov dph, r6 ; destino Ms bytemov dpi, r7 ; destino Ls bytecall pintadaml :

inc dptrdjnz r5, daml ; cantidad Ls bytecjne r4, #00h, dammeIjmp listo

damme: dec r4sjmp daml

DAR desplegado automatico de registros

dar: call limpiamov dptr, #tareg , tabla l’reg”call despl

dar2 : push dphpush dpimov dptr, #tamregmov rO, dph ; dir ext de c7s higmov rl, dpimov dptr, #aamov r2, dph ; dir alta de contmov r3, dpi ; de reg en mem extpop dpipop dph

darl : call actregmov dph, r2mov dpi, r3movx a, @dptrcall mbff4call pintaldec rldec r3cjne r3, #0b2h, darl ; fin de regis-jmp dar2 ; tros y repetir

; LOG localize par de dates

loc : call limpiamov dptr, #taloc ; tabla‘’LOC”call cmcallcall locacjne a, #00h, locicall pinta

loco : jmp como ; rec de comloci : mov dptr, #tanoh , tabla NO HAY’

call desp2jmp loco

; DEM : demostracion

dcm: mov dptr, #tadem ; tabla "DEM”mov r4, #0ffh

dem2 : call despldjnz r4, dem2mov a, 3fh ; ultimo c7s en displayscjne a, #88h, dem3 ; es raya-punto

dem3 :

clean:

clean2 :

cleans :

clean4 :

ptol :

pto:

pul :

pu3 :

pu4 :

pu2 :

sjmp deminc dptrjinp dem2

CLEAN:limpia pagina SfOOh a Sfffh

call limpiamov dptr, #taclemov r4, #07fhcall desp2djnz r4, clean2mov a, #00 hmov rO, #00hmov dptr, #3f00hmovx @dptr, ainc dptrdjnz rO, cleansmov r4, #7fhmov dptr, #taclecall desp2djnz r4, clean4ljmp listo

PTOl : saca dates por puerto 1 del MCS 8051

call limpiamov dptr, #tapu 1call cmcallmov OOh, 06hmov Olh, 07hmov dph, r2mov dpi, rSmovx a, @dptrmov pi, amov 06h, OOhmov 07h,Olhdjnz r7, pulcjne r6, #00h, pu2cjne rS, #0flh, pu3setb cclr aaddc a, r2mov r2, ainc r3djnz r5, ptocjne r4, #00h, pu4ljmp listodec r4sjmp ptodec r6sjmp pul

subrutina TS: TRANSER Transmicion

217

transer: call limpiamov dptr, #tatrascall desplcall cmcallcall saisermov dptr, #0f02hmov a, #05hmovx @dptr, amov a, #78hmov dol. #OOhmovx @dptr, amov r2, #00hmov scon, #40h ; transmicion modo 1mov tmod, #20h ; timers en modo 2mov thl, #0cah ; baud rate tie 300mov til, thl ; bits por seg.mov ip, #10h ; prioridad pto seriemov ie, #90h ; habilita interrup-

, cion seriemov tcon, #40h ; corre contador 1mov dph, r6mov dpi, r7mov a, #00h

tsout: movx a, @dptrmov sbuf, a

tsss: cjne r2, #33h, tsssinc dptrmov r2, #OOhdjnz r5, tsoutcjne r4, #00h, tssmov ie, #00hmov tcon, #00hljmp listo

tss: dec r4sjmp tsout

subrulina RS: RECEPS .recepcion puerto sene.

receps: call limpiamov dptr, #tarescall desplcall cmcallcall saisermov dptr, #0f02hmov a, #05hmovx @dptr, amov a, #50hmov dpi, #00hmovx @dptr, amov r2, #00hmov scon, #50h ; recepcion modo 1mov tmod, #20h ; timers en modo 2mov thl, #0cah ; baud rate de 300mov til, thl ; bits por seg

mov ip, #!0h ;mov ie, #90hmov Icon, #40hmov dph, r6mov dpi, r7

rsr: cjne r2, #33h, rsrmov a, sbufmov r2, #00hjnb rb8, rsrmovx @dptr, ainc dptrclr rb8djnz r5, rercjne r4, #00h, resmov ie, #00hmov Icon, #00hljmp listo

res : dec r4sjmp rer

subrutina 1NICIO: inicializa puertos disp/tec

initio : call esper2mov a, #82hmov dptr, #0103 hmovxret

@dptr, a

• subrutina ESPER2 : retardo

esper2 mov dptr, #02fihespera push dpi

push dphpush psw

otroO: djnz dpi, otroOdjnz dph, otroOpop pswpop dphpopret

dpi

subrutina LIMPIA : limpia dirdes y dat = 00

limpia push pswmov psw, #08hmov r2, #06hmov r3, #00hmov ri), #3ah

mas: mov @rO, Obhinc rOdjnz r2, maspopret

psw

subrutina DESP : despliega dirdes y dirdat y

prioridad pto scric habilila ini.scric corre contador 1

desp :

sigue:

epop:

teclas :

mete :

pushpushpushpushpushmovmovmovmovmovxmovmovmovxcallmovjnzincmovmovsubbmovmovmovxmovjncpoppoppoppoppopret

subrutina TECLAS :

pushpushpushpushpushpushmovmovmovxchdclrmovcalljzmovpushpushcall

sensa tecladopswdpidphOOhOlhtO, #50h rl, #3ah a, @rl dptr, #OfOOh @dptr, a dpi, #02h a, rO @dptr, a teclas a, 39h epop rla, rOb, #10h a, brO, aa, #70h@dptr, aa, rOsigueOlhOOhdphdpipsw

sensa teclas, si hay datobufi2=dato, buffi =/0si no hay dato buffi =0dphdpi03h02hOlhOOh40h, rt)rO, #40ha, #Olha, @rt)a39h, ameteorotar2, adpidphesper2

220

pop dphpop dpicall meteojz rota

mete2 : call meteojnz mete2mov a, r2

sale: mov 39h, asaca: mov r2, OOhsacas : rrc a

jbc psw.7, valeinc r2sjmp sacas

vale: mov a, @i<)dale : rrc a

mov 38h, r2jbc p£w.7, vuelvemov r3, amov a, #04 hadd a, r2mov r2, amov a, r3sjmp dale

rota : mov a, 40hanl a, #0fhrl axdhd a, @r0cjne a, #18h, mete

vuelve pop OOhpop Olhpop 02hpop 03hpop dpipopret

dph

subrut ina METEO : saca por puerto scan deteclado/display y mete el datotecleado directo por puerto

meteo: mov dpi, #02h ; puerto c, scan de; teclado Nibble Ls

mov a, @r0 ; ri) contiene el scanmovx @dptr, a ; saca al ext el scanmov dpi, #01 h ; pto b de entradamovx a, @dptr ; dato de tecladocpl a ; complementaanl a, #lfh ; enmascara pasan losret ; 5 bits Ls

subrutina DESP1 : despliega solo dirdes

despl : push pswpush acc

221

cargl .

dcsp2 :

carg :

actreg:

mov psw, #00hmov rl,#OOhmov K), #3ahmov a, rlmove a, @a+dptrmov @ri), ainc rlinc rOcjne rl, #04h, carglcall desppop accpopret

psw

subrutina DESP2 : desplega la tabla que apunta dptr colocando el mensaje de c7s en dirdes y dat

push dpipush dphpush pswpush accmov psw,#00hmov rl, #00hmov rO, #3ahmov a, rlmove a, @a+dptrmov @r0, ainc rlinc rOcjne rl, #06h, cargcall desppop accpop pswpop dphpopret

dpi

ACTREG : pone contenido de tablas en dirdes.

mov dph, rOmov dpi, rlmovx a, @dptrmov 3ch, adec dpimov rl, dpimovx a, @dptrmovret

3dh, a

subrutina ABIT4 :

mov a, bufficpl ajnb acc.4, cerci

abit4 :

cpl aret

cerci: ljmp cerr

subrutina LLAC : desplega, sensa tecla: si es dato regresa, si es com da error, si no hay dato un loop

llac: call despcall abit4sjne a, #00h, llacOsjmp llac

llacO : ret

subrutina LLAC 1 : desplega y sensa tecla: si hubo cualquier dato buffi=/0 si no hubo dato buffi =0 y loop

llac 1 : call despmov a, buffi ; dato de tecladocjne a, #00h, llac 10 ; loopsjmp Had

llac 10 : mov a, buffi ; dat direct tecladoret

subrutina LLAC2 recibe los datos anteriores y los junta en un solo byte y los pone en r4

Uac2 : mov a, 38hcjne a, #10h, cual

llac3 : mov a, r5rlc arlc arlc arlc aanl a, #11110000bmov r5, amov a, r4anl a, #0fhorl a, r5mov r4, aret

cual: cjne a, #08h, cual 1ljmp listo

CUAL1 ljmp cerr

• LLAC4: desplega y sensa teclas, regresa con cy=0, no tec

llac4 : call despmov a, 39hcjne a, #00h, setca

regre : retsetca : setb c

sjmp regre

; buffi

; buffi

; cy=l

223

subrutina ERROR : desplega error

error:

dat: datl :

aldb2 :

correl :

corre2 :

combi:

otro :

otrol :

call limpiamov dptr, #traerrcall desplclr aclr cret

; tabla ‘’ERR”

; subrutina DAT : espera tecla si es dato loconvierte a c7s dejandolo en dirdes+3 y regre- sa. Si es com desp error y va a rec de com

call llaccall aldb2mov 3dh, aret

ALDB2 : toma el ultimo dato tecleado lo con­vierte a c7s y lo deja en acc

mov a, buffimov r4, a ; c=r4call combiaret

subrutina CORRE1 : recorre a la izq dirdat

mov 3eh, 3fh ; recorre a la izqret ; los datos

subrutina CORRE2 : recorre a la izqdiredes+3 a +2

mov 3ch, 3dhret

subrutina COMBI : convierte los datos de Aa c7s coloca: en buffi el nibble Ls en bu£F4 el nibble Ms

dpi dph 02h 03h r2, a a, #0fh r3, #02h dptr, #cero a, @a+dptr r3, otrol salir 37h, a a, r2

pushpushpushpushmovanlmovmovmovedjnzsjmpmovmov

224

/

salir :

rrcrrcrrcrrcanlsjmpmovpoppoppoppopret

cero : dbuno dbdos dbtres dbcuatro dbcinco dbseis dbsiete dbocho dbnueve dbaaa dbbe dbce dbde dbeee dbefe db

; subrutina ACTPUE :

actpue: movcall mov mov call ret

; subrutina ACTDIR :

actdir: pushmov call mov call mov mov call pop ret

aaaaa, #Ofhotro36h, a03h02hdphdpi

3fh 06h 5bh 4fh 66h 6dh 7dh 07h 7fh 67h 77h 7ch 39h 5eh 79h 7 Ih

convierte a r4 en c7sy lo pone en dirdesa, r4combi3ch, buff43dh, bu£Ddesp

convierte a dptr en c7s y lo pone en dirdes

04r4, dpi actpue a, dph combi3ah, buff4 ; c7s nibb +sig3bh, bum ; c7s nibb -sigdesp 04

DATOS : espera a que 3 teclas scan pulsadala ultima debe ser otro. Si es com = error

225

datos :

notro :

cerrd : datol :

lada :

combi a :

Si la primera es otro buff6=0 si no bufF6=/ y pone los datos tecleados en buff7.push 04push 05mov a, #1111111 lbmov 34h, acall Hadjnb acc.4, datolmov a, 38h ; bufl2cjne a, #10h, notroclr amov 34h, a ; bufF6 0=otropop 05pop 04retcjne a, #08h, cerrdpop 05pop 04dec spdec spIjmp listoljmp cerrmov a, #40hmov 3eh, acall aldb2mov 3fh, aclr amov 35h, acall llacmov a, 38hmov r5, 04hmov r4, acall correlcall combiamov 3fh, acall Hadjnb acc.4, ladacall llac2mov 33h, apop 05pop 04ret

subrutina COMBIA : convierte el dato de buffi en c7s y lo pone en buffi y buffi

mov a, 38hcall combimov a, 37hret

MBFF4 : convierte a en c7s y lo pone en dirdat

mbffi : callmov

combi 3eh, buff4 ; Nibble Ms

mov 3fh, bufD ; Nibble Lsret

subrutina ARLD : intercambia nibble

arid: push 00call aldb2mov a, 39h ; buffi dato de tecladojnb acc.4, aarldmov a, 38h ; buffZ dato hex de teccjne a, #10h, cerrusjmp r4call

cerru : ljmp cerraarld: mov rO, #31h ; ls byte dir

mov a, 38h ; buff2buelta: xch a, @i0

swap axch a, @rOschd a, @r0inc tOcjne ri), #33h, abajo

abajo : jbc psw.7, bueltaend: pop 00

ret

subrutina C4CALL :

c4call : call c3callc2cala call arid

call bff98call Hadimp c4call

r4call: pop 00dec spdec spret

subrutina C3CAL1 :

c3call call despcall llaccall bff90ret

subrutina VALORES : carga r2 y r3 en dptr carga su contenido en A, si hay dato buff6=/0 sino otro =0, buff/ = datos anteriores

valores: mov dph, r2mov dpi, r3movx a, @dptrcall mblf4call depcall datos

227

catarO :

catarl :

catar2 :

catar3 :

movret

subrutina CATARO :

pushpushmovmovmovmovmovmovpoppopret

subrutina catarl . carga tabla de banco 1

push dphpush dpimov dptr, #ttar01mov tO, dphmov rl, dpimov dptr, #rr8mov r2, dphmov r3, dpipop dpipop dphret

subrutina CATAR2 : carta tabla de banco

push dphpush dpimov dptr, #ttar01mov rO, dphmov rl, dpimov dptr, #rr20mov r2, dphmov r3, dpipop dpipop dphret

subrutina CATAR3 : carga tabla banco 3

push dphpush dpimov dptr, #ttar01mov rO, dphmov rl, dpimov dptr, #rr28mov r2, dph

a, butt6 ; bandera 0=otro

carga en rO, rl, r2 y r3de banco 0dphdpidptr, #ttar01 rO, dph rl, dpi dptr, #rrO r2, dph r3, dpi dpi dph

bff90 :

bff?8 :

cmcall

cmcall

mov r3, dpipop dpipopret

dph

subrutina BFF90 : limpia los buffers 8 y 9

clr amov buffS, a ; buff dir Ms bytemov bul$9, a ; buff dir Ls byteret

subrutina bff98 : los buff 8 y 9 son colocados en dirdes

mov dpi, 31hmov dph, 32hcall actdirmovret

rO, 32h

subtuina CMCALL : pone en r2 y r3 una dirfuente, en r 5 y r4 una cantidady en r6 y r7 una dir destine

mov psw, #00hmov a, #0Hh ; F. (fuente)mov 3fh, a ; desdat +1call desplcall c4callmov r3, 3lh ; buffSmov r2, 32h ; buffScall limpiapush 02hpush 03 hmov a, #39h , C (cantidad)mov 3fh, a , desdat +1call c4callmov r5, 3 lh ; buffSmov r4, 32h , buffSpush 04hpush 05hcall limpiamov a, #5eh ; d (destino)mov 3fh, a ; desdat +1call c4callmov r7, 3 lh ; buffSmov r6, 32h ; buffSpop 05hpop 04hpop 03hpopret

02h

PINT A : desplega el valor y el contenido del registro DPTR durante aprox. un scgundo.

229

Si es pulsada tecla se maniiene hasta que se pulse otra tecla

pinta . push OOhpush Olhpush pswpush accpush dpipush dphcall actdirmovx a, @dptrcall mbff4call pinta 1pop dphpop dpipop accpop pswpop Olhpop OOhret

PINTA : desplega lo que hay en dirdes-dat durante aprox. un segundo. Si se pulsa tecla entra en un loop hasta que se pulse otratecla

pintal push OOhpush Olhmov rO, #0ffhmov rl, #02h

cdest: sjmp desptcdest 1 djnz rO, cdest

djnz rl, cdestpop Olhpop OOhret

despt : call llac4jnc cdest 1call Hadpop olhpop OOhret

subrutina LOCA. localiza par de dates conti- guos en memoria si se encontro el par dptr apunta al primer date y al acc=0, sino se encontro acc=ff

loca : mov dph, r2 ; fuentemov dpi, r3 ; fuente

locam : movx a, @dptrcjne a, 06h,local ; primer dateinc dptrmovx a, @dptr

cjne a, 07h, loca3 ; segundo datodec dpimov rO, dpicjne rO, #0fTh, otrom

otrom : jnc decdpotrom2 : mov a, #00h

retloca3 : dec dpi

sjmp loca2decdp: dec dph

sjmp otrom2loca2 : inc dptr

djnz r5, locam ; Isbytc cantidadcjne r4, #OOh, lome ; Msbyte cant.mov a, #Ofihret

lome: dec r4sjmp locam

subrutina SAISER.

saiser: movmov movx inc mov movx inc mov movx inc mov movx inc mov movx inc mov movx inc mov movx ret

pone en la direccion delbrinco de interrupcion serie de SAIcorrespondiente.

dptr, #3S0h a, #0c2h @dptr, a dpia, #98h @dptr, a dpia, #Oc2h @dptr, a dpia, #99h @dptr, a dpia, #7ah @dptr, a dpia, #33h @dptr, a dpia, #32h @dptr, a

talisto: dbdb db db

38h ; L30h ; I6Dh ; S78h ; T

(acorn 1 : db 39h ; C

db 3fh ;0db OOhdb 30h ;i

tape: db 73h ; pdb 79h ;Edb 40hdb OOh

taps: db 73h ;Pdb 6dh ;Sdb OOhdb OOh

tadir: db 5eh ; ddb lOh ; idb 50h ; rdb OOh

tareg : db 50h ; rdb OOhdb OOhdb OOh

’

db 39h, 73h, 39h, 6dh pc,scdb 30h, 38h, 30h, 76h 11, hidb 3 th, 38h, 3fh, 76h 10, hOdb 39h, 78h, 5eh, 78h tc, tddb 79h, 30h, 73h, 30h ie, ipdb 4fh, 73h, 3Oh, 73h p3, pldb 38h, 5eh, 76h, 5eh dl, dhdb 73h, 6dh, 6dh, 73h sp, psdb OOh, 7ch, OOh b

lamreg : db 77h ; a’

db 07h, 50h, 7dh, 50h r7, r6db 6dh, 50h, 66h, 50h r5, r4db 4th, 50h, 5bh, 50h r3, r2db 06h, 50h, 3fh

tlarOl: db 50h

tago : db 79h ;Edb Oeh ; Jdb 79h ,Edb 39h ,c

tacom2 : db 39h ; cdb 3th ;0db OOhdb 5bh ; 2

tacdr: db 58h ;cdb 5eh ;ddb 50h ; r

232

db OOh

tambm : db 7ch bdb 38h Ldb 5ch 0db OOh

tacm: db 39h Cdb 73h Pdb 54h ndb 54h n

taerr db 79h Edb 50h rdb 50h rdb OOh

tanoh : db 37h ndb 3fh Odb OOhdb 76h Hdb 77h Adb 6eh Y

tadam: db 5eh ddb 77h Adb 54h ndb 54h n

tadar: db 5eh ddb 77h Adb 50h rdb OOh

taloc: db 38h Ldb 3fh 0db 39h Cdb OOh

tacle : db 38h Ldb lOh idb 54h ndb 73h Pdb lOh idb 77h A

tapul : db 73h, 3eh, OOh, 30h

tatras : db 78h, 6dh, OOh, OOh

tares : db 50h, 6dh. OOh, OOh

ta2com : dw 03d9h cdrdw 0429h mbm

; PU 1

; ts

, rs

233

tadem:

dw 0457h cmdw 049bh damdw 04bah dardw 04eeh locdw 0544h ptoldw 057h tsdw 05cdh rsdw 0107h cerrdw 0107h cerrdw 0107h cerrdw 051fh cleandw 051fh cleandw 051fh cleandw 050bh dem

db OOh, OOh, OOh, OOhdb OOh, OOh, 67h, 7fh 98db 07h, 7dh, 6dh, 66h 7654db 4fh, 5bh, 06h, 3 ft) 3210db 08h, 08h, 38h, 30h -lidb 6dh, 78h, 3fh, OOh stodb 53h, OOh, OOh, 6dh ?sdb 3 ft), 6eh, OOh, 3eh oy udb 37h, OOh, 6dh, 06h n sidb 6dh, 78h, 79h, 33h stendb 27h, 77h, OOh, 33h na Ndb 27h, 06h, 37h, 06h Minidb 33h, 27h, 3 ft), OOh nnodb 39h, 3fh, 37h, OOh condb 3eh, 37h, OOh, 33h un Ndb 27h, 39h, 6dh, 40h NCS-db 7fh, 3fh, 4fh, 06h 8031db OOh, 71h, 3eh, 06h fuidb OOh, 5eh, 06h, 6dh disdb 79h, 55h, 77h, 5eh enaddb 3ft), OOh, 79h, 37h o endb OOh, 79h, 38h, OOh eldb 39h, 3fh, 38h, 79h coledb 7dh, 06h, 3 ft), OOh giodb 5eh, 79h, OOh, 79h de edb 38h, 79h, 391), 78h lectdb 50h, 3ft), 371), 06h ronidb 39h, 77h, 801), 3eh ca.Udb 77h, 73h, 80h, 39h AP.cdb 3eh, 06h, 5eh, 77h uidadb 33h, 27h, 79h, 88h nne-end

Una vez concluida la elaboracidn del programa se puede simular su funcionamiento con el Software para determinadas familias de microcontroladores y as! evitar el tener una mala programacion en la memoria o simplemente que el equipo llegue a dafiarse por efectuar instrucciones no deseadas. El lenguaje que se grabara

234

cn la memoria perteneciente a la programacidn que efectuard el miCTOControlador sera en lenguaje Hexadecimal, dicho lenguaje es facilitado por el Software de simulacidn de los microcontroladores.

235

Anexo “G”

Listado delprograma “listo” en lenguaje hexadecimal

El siguiente listado en lenguaje miquina es la rutina que se grabo en la memoria EPROM 2732, con la cual se comprobo el funcionamiento del alambrado del sistema minimo.

:2000000002002B023FD00000000000023FD80000000000023FE00000000000023FE800003F :20002000000000023FF0000000000075815812057B0200C9000088398583328582310200AF :200040005100000000023FC80000000000023FCC00903FC4FO1582E5POFO1582E5D0F01509 :2000600082E581F01582E531F01582E532F015821582E590FO15821582E5B0F01582E5B8F3 :20008000F01582E5A8F01582E589F01582E588F01582E58CF01582E58AF01582E58DF01577 :2000A00082E58BF01582E598F01582E599F01582E587F075D000903FAE7801E6F0081582B2 :2000COOOB820F8903FAFE539F012059A90094E1206541206B830E40280031206ED30E4F24C : 2OOOE0O0E53803541F9000E9730000610301F461A821070012059A9009521206541206AC2B :20010000E538B4030040081206ED75815880C3B4000302019FB401030201C690095612064C : 20012000541206F91206ACE538AD04FC12070D1207CAF53D1206B830E4ED1206C512074C7E :2OO14OOOCO82CO839OOFOOC3EC3582F582EODO83DO821207D21205AD12O772E534B4OOO30F :200160000C80DA90095A12065412074CE533C083O)82900F00ECC32582F582E533F0D082F2 :20018000D0831206B820E403020107E538B410090C90095612065480A4B408EC0200C990B3 :2001A000095E12065412080285318285328312075AE01207D2120772E534B40003A380EE34 :2001COOOE533FOA380E89009621206541206ACE538B4030010D718B40C0010D718B40C038C :2001E000020267B40D0302028EB40E060202B50201070202DCC083C082900989A883A982D6 :20020000903FC4AA83AB82D082D083E538540F940323FCFDEB9DFBEC23FCE99CF912069263 :200220001206B8B410A98B828A83E01207D21205AD120772E534B400251B19BBB21BC0835C : 20024000C082900989A883A982903FC4 AA83 AB82D082D08312069280CD12069280C8E5 3 3 51 :200260008A838B82F080D2120832120692120821B40012 IB 19BBA70812083212069280ED2 A :2002800012069280E8E5338A838B82F080E5120849120692120821B400121B19BB9F08120F •2002A000084912069280ED12069280E8E5338A838B82F080E5120860120692120821B4002A : 2002C00012 IB 19BB970812086012069280ED12069280E8E5 3 3 8A838B82F080E512087712B1 :2002E0000692120821B400121B19BB8F0812087712069280ED12069280E8E5338A838B82F3 : 20030000F080E590099A1206541206B820E41212088E120805A831A932903FBFE9F0 A3E896 20O320OOF09C3FC0E0F5311582E0F5327530O2903FBAE0F5B81582E0F5A81582EOF58915BF :2003400082E0F5881582E0F58C1582E0F58 A1582E0F58D1582E0F58B1582EOF5981582E065 :20036000F5991582E0F58775D000903FAE7801E0F6158208B820F8903FC2E0F5D0903FC384 :2003800OE0F5FO9O3FC4E0C0E074059O0F02F07479900FOOF0903FF8E53OF0A3E531FOA3E7 :2003 A00OE532F0D0EO023FF812059A90099E1206541206AC75D0009009CEE538232582F5 AD 2003C00082E0F531 A3 E0F5329O3FF87402FOE531A3F0E532A3F0023FF89OO9A21206541279 2003E0000802E531F53003030303F53179037A007832E6540FB40A0302010750FB18D9F2A4 :2004000079037832E6540FFBEA23232A232BFA18D9F2F404C3FBEA12059A1207D2AC0312FO 20042000074C7440F53B0200D212059A9009A61208A08A838B82E08E838F82FOBBFF04D36A :20044000E43AFAOBBFFF04D3E43EFEOFDDE4BC00030200C91C80DB12059A9009AA1208A045 20046000C38A838B82EOF88E838F82EOC398701BBBFF04D3E43AFAOBBFFF04D3E43EFEOF67 :20048000DDDFBC00030200C91C80D68 A838B821208DE8E83 8F821208DE80D512059A9009D9 :2004A000B81206541208B48E838F821208DE A3DDF ABC00030200C91C80F112059A900962F3 ■2004C000120654C083C082900989A883A982903FC4 AA83 AB82D082D0831206928A838B825D : 2004E000E01207D2120901191BBBB2ED80D512059A9009C01208A0120921B400061208DE80 :200500000200D29009B212066F80F59009EE7CFF12066FDCFBE 5 3 FB4800280EF A380F11271 :20052000059A9009C47C7F12066FDCFB74007800903FOOFOA3D8FC7C7F9009C412066FDC89 :20054000FB0200C912059A9009CA1208A08506008507018A838B82EOF59085000685010758 :20056000DFFEBE0013 BBFF04D3E43 AF A0BDDE4BC00030200C91C80DB1E80E5B18474829019 2OO58OOOOFO3FO229OO2FFCO82CO83CODOD582FDD583FADOD0DO83DO8222CODO75DOO87A2D

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