Automation of a variable wavelen=
gth
controlled HMI ultraviolet light generator
=
Jorge Luis Yaulema Castañeda.[1=
], Paulina Fernand=
a Bolaños
Logroño. [2=
],
Hector Bryan =
Mendez Gómez.[3=
] & Valentina Orquera.[4=
]
Recibido: 14-03-2020 / Revisado:
19-04-2020 /Aceptado: 10-05-2020/ Publicado: 05-06-2020
Abstract. DOI: https://doi.org/10.33262/concienciadigita=
l.v3i2.2.1252
In
the present investigation, the main objective was to perform a UV light
wavelength control on a prototype, analyzing its optics, the reference of w=
hich
is the Perkin Elmer 781 spectrophotometer, used in decontamination analysis=
of
surfactant and photodegradation waters, to which the generator has been
redesigned, determining the frequency range, reducing the environmental imp=
act,
through the implementation of HMI, whose applied methodology, to carry out =
the
automation process whose application approach is determined through the
graduation and decontamination photo of the water, presenting a redesign for
the generation of UV wavelengths within the electrical and electronic part
through Newton's interpolation, reducing the error to 0.05% least squares of
3.32%, optimizing the control of motors with an HMI connection, using which=
the
generated wavelength is visualized facilitating the navigation and the cont=
rol
of the motors granting to the operator direct interaction with the equipmen=
t,
obtaining as a result the improvement of the original system, varying the
sensors and actuators to obtain wavelengths from 500 nm to 700 nm, which al=
lows
work to be carried out on the decontamination of water and the effectivenes=
s of
the system.
Keywords: Control,
Length, Waves, Automation, Ultra violet.=
Resumen.
En la presente investigación, el objetivo principal
fue realizar un control de longitudes de onda de luz UV, en un prototipo,
analizando su óptica, cuyo referencial es el espectrofotómetro Perkin Elmer
781, usado en análisis de descontaminación de aguas surfactantes y de
fotodegradación, para lo cual se ha rediseñado el generador, determinando el
rango de frecuencias, disminuyendo el impacto ambiental, mediante la
implementación de HMI, cuya metodología aplicada,=
para efectuar el proceso de automatización cuyo enf=
oque
aplicativo se determina a través de la foto de graduación y descontaminación
del agua, presentando un rediseño para la generación de longitudes de onda =
UV
dentro de la parte eléctrica y electrónica a través de la interpolación de
Newton disminuyendo el error al (0.05%) mínimos cuadrados de (3.32%) optimi=
zando
el control de motores con una conexión en HMI, mediante la cual se visualiza la longitud de onda
generada facilitando la navegación y el control de los motores otorgando al
operario la interacción directa con el equipo obteniendo como resultado a la
mejora del sistema original variando los sensores y actuadores para obtener
longitudes de onda de (500 nm) a (700 nm) el cual permite desarrollar traba=
jos
en la descontaminación de aguas y efectividad del sistema.
Palabras claves: Longitud, Control, Ondas, Automatización, Ultra
violeta.
Introducción
Los generadores de luz ultravioleta, estudian
diferentes efectos o reacciones y la espectroscopía, la cual interviene sob=
re
la materia orgánica. En el país no se realiza la fabricac=
ión,
construcción o desarrollo de estos equipos los cuales todos son importados =
al costo
definido por el importador dentro del campo Industrial es indispensable
disponer de un sistema con características similares para disminuir el impa=
cto
ambiental y el daño generado hacia los ecosistemas y el medio ambiente.
Las
investigaciones efectuadas, dentro del área específica electro ambiental, se
irradia longitudes de onda establecidas mediante las cuales se puede
descontaminar el agua, sumados algunos tipos de surfactantes, los tenso act=
ivos
son los principales elementos y materiales que modifican la calidad del agu=
a,
mostrándolas como no aptos para el consumo humano (Pau=
llan,
2015).
Sirtori,
López y Rodríguez (2010), Manifiestan que los estudios foto catalíticos no =
han
tenido la importancia debida los cuales han ignorado permanentemente el est=
udio
de la luz y todas las propiedades inmersas dentro del estudio de la materia,
las cuales pueden abrir nos muchos campos de estudio entorno a los parámetr=
os
de descontaminación de las aguas residuales utilizados en las industrias
textiles de desechos hospitalarios, petroleras que requieren un análisis
íntegro de la composición química de las diferentes muestras.
La
presente investigación tiene la finalidad de fabricar un prototipo, el cual
esté apto de generar longitudes variables de onda de luz UV, utilizando como
referencia un espectrofotómetro descontinuado el cual con las modificaciones
pertinentes, se adaptará o construirá un nuevo generador de ondas
electromagnéticas alternándolas desde los 500 hasta los 700 nm, generando un
equipo competitivo, comparado con los importados generalmente en la industr=
ia
petrolera, para manejar los elementos tóxicos como son surfactantes fenoles=
que
afectan directamente a las zonas de intervención o explotación
Dentro
de los rangos visibles y aproximados a los infrarrojos un espectro
electromagnético utiliza la longitud de onda la que a su vez produce el máx=
imo
de absorbancia conocida como
Λ máx,
Este
campo es específico para el estudio del comportamiento de la luz a través d=
e la
interacción de modelos matemáticos, analizados y determinados mediante la
luminosidad desde el punto de vista propagativo de energía radiante los cua=
les
comprenden 3 principios fundamentales cómo son la propagación directa de la=
luz
la trayectoria de los rayos luminosos y el principio de Fermat comprendido =
en
el periodo de tiempo que la luz necesita recorrer un distanciamiento entre =
dos
puntos, calculado como el máximo y mínimo (Viticodoc,
2010).
Sistema de espectrofotómetro: Característico
en los procesos de espectrofotometría ultravioleta de luz visible, este sis=
tema
registra las longitudes de onda realizando una medida comparativa entre la
radiación absorbida por una solución midiendo también la intensidad de la l=
uz
qué pasa a través de una muestra (I), comparando directamente con la intens=
idad
de luz antes de realizar su paso a través de la muestra (Io)
(Harris, 2006).
El
equipo utilizado para medir la cantidad de luz qué absorben las muestras
constituidas por un equipamiento con filtros de interferencia es a través d=
el
espectrofotómetro, según Skoog (2008), manifiesta que este instrumento tien=
e la
funcionalidad de permitir el paso de un rayo de luz a través de las muestras
principales para medir la intensidad de la luz con que llega al sensor el c=
ual
generará una nueva longitud de onda con la ayuda de los tubos
fotomultiplicadores (Skoog, Holler y Crouch 2008).
Con
estas particularidades la fuente luminosa representada por el espectrofotóm=
etro
Perkin Elmer 781, utiliza una lámp=
ara de
tungsteno la cual ópera con 2.5 V, mediante la cual genera unas que atravie=
san
los espejos, rendijas y filtros, hasta llegar al monocromador el cual por s=
us
propiedades y funcionalidad divide la luz blanca en los colores del espectro
representadas por las diferentes longitud de onda, en su parte final posee =
un
lente reflector cóncavo en el cual se encuentra el sensor de luz ultraviole=
ta
visible, este sistema tiene la particularidad de medir la absorbancia de ca=
da uno
de los procesos (Pérez y Rengifo, 2011).
Zúñiga
(2004) manifiesta que A través del proceso combinado de las bandas de absor=
ción
de los infrarrojos conformado por las transiciones electrónicas de bajo con=
sumo
la cual inicialmente fue concebida como una zona demasiado compleja para su
análisis investigación e interpretación por lo cual fue mal utilizada y
valorizada; a través de los avances en cuanto a la óptica geométrica, técni=
cas
químicas y generación de aspectos complejos han dado el uso adecuado de NIR=
(espectroscopia
del infrarrojo más cercano), como intervención dentro de las industrias de
alimentación, farmacéuticos, química y un paso agigantado dentro de la
agricultura (Elmer, 2004).
El
uso y aplicación de NIR, dentro de las investigaciones y valoraciones en un
laboratorio clínico constituye una técnica simple y rápido capaz de analizar
con precisión muestras biológicas para determinar con exactitud un modelo y
método para derivar los resultados del NIR. estos análisis se inician con u=
na
mínima preparación de las muestras y reactivos describiendo secuencialmente=
los
procesos de adquisición de datos análisis calibración mediante la utilizaci=
ón
de proteínas triglicéridos y glucosas (Elmer, 2004).
Dentro
del análisis y representación de los datos obtenidos por la aplicación de e=
sta
técnica y equipo se dan por las gráficas generando un informe de los result=
ados
obtenidos los cuales facultan y validan mediante las investigaciones realiz=
adas
por, Garcés, Mejía y Santamaría (2011), los cuales Adicionalmente aportan u=
na
serie de argumentos para el funcionamiento expresados a continuación:
·
Los elementos principales para que exi=
sta
un buen funcionamiento de estos motores son un rotor y sobre él las
adaptaciones de imanes permanentes junto con devanados en el estator.
·
Se debe considerar la permutación de e=
stos
elementos, dadas por un controlador programable el cual es encargado de env=
iar
constantemente las diferentes variantes de las señales los cuales accionarán
las bobinas en el estator generador de movimientos, representando a su vez =
el
papel directo del rotor basado en el imán permanente que lo constituye (
Metodología
La metodología seleccionada para esta
investigación, es de tipo aplicativa la cual comprende la generación del
proceso de automatización, de una lámpara con variabilidad de longitudes de
onda ultravioleta, la cual va a ser interactuada mediante la interfaz hombre
máquina (HMI), cuyo enfoque aplica=
tivo
está basado en la foto de graduación y la descontaminación de aguas que por=
lo
general generan un problema mayor las que contienen surfactantes, generando=
así
el proceso investigativo mediante la inducción y fortalecimiento al
conocimiento sobre el desempeño y funcionamiento de este sistema de
desinfección.
Como siguiente paso, se determinaron varios procedimientos, establec=
iendo
de manera inicial, La Constitución del diseño del sistema electrónico y elé=
ctrico,
determinado por la variación del control de motores para el encendido de la
lámpara de tungsteno, proceso que se realizará a través de un PLC, y obtene=
r la
conexión de un HMI, en el manejo de varios autómatas, comprendidos entre los
motores de paso el motor AC, los sensores y la lámpara de todo el sistema.<=
span
style=3D'mso-spacerun:yes'>
Una vez generados todos estos componentes, =
se
procedió a establecer la estructura física del prototipo, diseñando la base=
los
soportes calculados con todos los pesos y materiales a utilizar la carcasa
protectora la cual por investigaciones y recomendaciones se ha determinado =
como
un color opaco o negro la cual es capaz de impedir el ingreso o salida de la
luz, cuyo objetivo es precautelar la conservación de todas las muestras, pa=
ra
pasar con el rediseño del sistema electromecánico referido al monocromador =
y la
rendija que constituyen los elementos clave en la descomposición de la luz
obtenida a partir de la lámpara y sus diferentes longitudes de onda.
Como aporte final dentro del proceso de gen=
eración
del prototipo se define la programación del sistema mediante la configuraci=
ón
total de los PLC, y la realización del diseño de la interfaz del HMI, para
generar el prototipo con su diseño que a su vez entrará en un análisis méto=
do
lógico analítico estadístico sobre las pruebas de las longitudes de ondas
generadas utilizando varios métodos como el de la regresión lineal de los
mínimos cuadrados y la interpolación de Newton el desarrollo de la ecuación=
del
error y la verificación por medio de la varianza ANOVA.
Resultados
Para efectuar el proceso de análisis de la
longitud de onda mediante la aplicación de los métodos de aju=
ste
se realizó el análisis de varianza representado en la tabla 1.
<=
span
lang=3DES-EC style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Times =
New Roman",serif;
mso-ansi-language:ES-EC'>
<=
span
lang=3DES-EC style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Times =
New Roman",serif;
mso-ansi-language:ES-EC'>Tabla 1. Análisis de varianza=
de
las longitudes de onda
|
Parámetros |
Grados de libertad |
Suma de cuadrados |
Media Cuadrado |
Valor F |
Pr (˃F) |
|
Métodos |
2 |
1.91E-15 |
9.57E-16 |
0.0735 |
0.9292 |
|
Residuos |
117 |
1.52E-12 |
1.30E-14 |
|
|
Fu=
ente: Elaboración propia.
Dentro
de este análisis de varianza podemos observar que el valor de la probabilid=
ad
es de 0.9292, por lo cual no existe una diferencia significativa entre la
metodología utilizada, llegando a la conclusión qué se puede utilizar el mé=
todo
de los mínimos cuadrados, como también el de interpolación de Newton, con la
finalidad de comprobar y respaldar los resultados se utilizó la prueba de
Duncan expresados en la tabla 2.
Tabla 2. Análisis=
de
métodos estadísticos
|
Método |
Media |
Rango |
|
M. Teórico |
5.43 E-07 |
a |
|
M. Interpolación |
5.43 E-07 |
a |
|
M. Mínimo cuadrados |
5.35 E-07 |
a |
|
Letras iguales no difieren significativamente con α=3D =
0.05 |
Fu=
ente: Elaboración propia.
La
comprobación estadística mediante el test de Duncan, ratificaron todos los =
resultados
obtenidos en el análisis de varianza comparando estadísticamente las longit=
udes
de onda, cualquier método escogido es factible para ser representado dentro=
del
HMI, encontrando en la representación gráfica que un método tiene un menor
error, el cual realizando este proceso se procedió a determinar el mejor mé=
todo
cómo podemos observar en la tabla 3.
Tabla 3. Análisis=
de
la varianza del error de los métodos estadísticos
|
Parámetro |
Grados de Libertad=
|
Suma de Cuadrados<= o:p> |
Media Cuadrada |
Valor F |
Pr (˃F) |
Significancia |
|
Métodos |
1 |
219.52 |
219.52 |
52.14 |
2.99E-10 |
*** |
|
Residuos |
78 |
328.39 |
4.21 |
|
|
|
|
Significancia: 0:*=
**;
0.001: **; 0.01:* |
Fu=
ente:
Elaboración propia.=
Desarrollando
el análisis ANOVA podemos observar que el valor de la probabilidad es de 2.=
99 E-10,
mostrando una diferencia significativa de entre los métodos utilizados cómo
podemos observar en la tabla 4
Tabla 4. Análisis
estadístico del error
|
Método |
Media |
Rango |
|
Error M. Mínimos Cuadrados |
332.325 |
A |
|
Error M. |
0.1025 |
B |
|
Letras iguales no difieren significativamente con α=3D =
0.05 |
Fu=
ente:
Elaboración propia.
del
análisis desde diseño del dispositivo el cual estaba establecido para medir=
la
longitud de onda, se utilizó el sensor digital RGB, el cual permite diferen=
ciar
los aspectos electromagnéticos producidos por el haz de la luz, encontrando=
que
la energía recibida en la etapa final es baja motivo por el cual se concluye
que el sensor RGB no arroja la información de los aspectos electromagnético=
s, motivo
por el cual se procedió a realizar una aproximación matemática para represe=
ntar
dentro del sistema y poder determinar la longitud de onda del HMI, conocien=
do
explícitamente que estos sistemas deben cumplir con las condiciones de los
valores teóricos los cuales proporcionan diferentes fórmulas físicas de
longitud de onda representadas por la siguiente determinante:
= = [1]<= o:p>
el
prototipo ópera dentro de los rangos de longitud de 500 hasta los 700 nm, g=
enerando
una gráfica de frecuencia en función de la longitud de onda cómo se puede
evidenciar en la figura 1.
Figura 1. Ecuación Origi=
nal
Fu=
ente:
Elaboración propia.=
Se
utilizó los métodos planteados estadísticamente para ajustar e identificar a
los resultados obtenidos reflejados en la regresión lineal a través de los =
mínimos
cuadrados y la interpolación de Newton.
<=
span
lang=3DES-EC style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Times =
New Roman",serif;
mso-ansi-language:ES-EC'>El método de os mínimos cuadrados: Utilizado
para ajustar los valores obtenidos dentro de las medias geométricas refleja=
dos
por la frecuencia de los espectros electromagnéticos de acuerdo a los valor=
es teóricos
estos puntos generan una ecuación la cual satisface a todo el sistema
expresadas en la tabla 5.
=
=
[2]
|
VALORES OBTENIDOS =
POR
EL MÉTODO DE LOS MÍNIMOS CUADRADOS |
|
|
Σү=
09;𝑖 |
2.69E+15 |
|
Σү=
10;𝑖 |
2.86E-06 |
|
N |
5 |
|
Σү=
09;𝑖𝑦𝑖 |
1.50E+09 |
|
Σү=
09;𝑖2 |
1.48E+30 |
|
𝑎0 |
1.10E-06 |
|
𝑎1 |
-9.84E-22 |
<=
span
lang=3DES-EC style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Times =
New Roman",serif;
mso-ansi-language:ES-EC'>Tabla 5. Cálculos de los valores de mínimos cuadrados
Fu=
ente:
Elaboración propia.=
Reemplazando estos datos dentro de la ecuación se
obtiene que:
Sí ejecutando este reemplazo en la ecuación con lo=
s valores
de la frecuencia para obtener la siguiente gráfica expresada en la figura 2=
.
Figura 2. Longitud de On=
da
vs. Frecuencia
Fu=
ente:
Elaboración propia.=
Con
la comparación de las gráficas obtenidas en la figura 1 y figura 2, se puede
evidenciar que no siguen un mismo camino, deduciendo a su vez que este méto=
do
no es el que mejor aproximación otorga, el mismo se encuentra representado =
y graficado
en la figura 3.
Figura 3. Comparación Mé=
todo
de Cuadrados Y Ecuación Original
Fu=
ente:
Elaboración propia.=
=
[4]
=
=
[5]
Generando
un reemplazo significativo de los datos en la ecuación obtenida para obtene=
r la
siguiente gráfica y valoración del método de interpolación de Newton
evidenciado como la longitud de onda versus la frecuencia cómo se muestra e=
n la
figura 4
Figura 4. Longitud de on=
da
Vs. Frecuencia
Fuente: Elaboración
propia.
En
el análisis de comparación de las gráficas obtenidas en la figura 1 y figur=
a 4
se genera hice analiza dentro de la figura 5, apreciando directamente las
curvas, las cuales generan una secuencia similar a la original, lo cual nos
permite deducir qué es la mejor que se aproxima al método y nos faculta el
proceso de cálculo del error de ambos casos.
Figura 5. Comparación del
método de Newton Vs. Ecuación Orig=
inal
Fu=
ente:
Elaboración propia.=
Para el cálculo del e=
rror
el cual se generó a través del uso de cada método aplicamos la siguiente
ecuación:
Tabla 6. Cálculos del error
Tabla 6. Valores obtenidos y análisis de error
|
VALORES OBTENIDOS<= o:p> |
ANALISIS DE ERROR<= o:p> |
|||
|
L. DE ONDA |
M.CUADRADOS |
INTERPOLACION |
ERROR M.C.% |
ERROR IN. % |
|
3.90E-07 |
3.44E-07 |
3.90E-07 |
11.83 |
0.14 |
|
3.95E-07 |
3.54E-07 |
3.95E-07 |
10.48 |
0.09 |
|
4.01E-07 |
3.64E-07 |
4.00E-07 |
9.20 |
0.06 |
|
4.06E-07 |
3.74E-07 |
4.06E-07 |
7.99 |
0.03 |
|
4.12E-07 |
3.83E-07 |
4.11E-07 |
6.84 |
0.01 |
|
4.17E-07 |
3.93E-07 |
4.17E-07 |
5.76 |
0.00 |
|
4.23E-07 |
4.03E-07 |
4.23E-07 |
4.75 |
0.00 |
|
4.29E-07 |
4.13E-07 |
4.29E-07 |
3.80 |
0.00 |
|
4.35E-07 |
4.23E-07 |
4.35E-07 |
2.91 |
0.01 |
|
4.42E-07 |
4.33E-07 |
4.42E-07 |
2.09 |
0.01 |
|
4.48E-07 |
4.42E-07 |
4.48E-07 |
1.34 |
0.00 |
|
4.55E-07 |
4.52E-07 |
4.55E-07 |
0.65 |
0.00 |
|
4.69E-07 |
4.71E-07 |
4.69E-07 |
0.47 |
0.00 |
|
4.76E-07 |
4.81E-07 |
4.76E-07 |
0.97 |
0.00 |
|
4.84E-07 |
4.91E-07 |
4.84E-07 |
1.40 |
0.00 |
|
4.92E-07 |
5.00E-07 |
4.92E-07 |
1.77 |
0.00 |
|
5.00E-07 |
5.10E-07 |
5.00E-07 |
2.07 |
0.00 |
|
5.08E-07 |
5.20E-07 |
5.08E-07 |
2.30 |
0.00 |
|
5.17E-07 |
5.30E-07 |
5.17E-07 |
2.47 |
0.00 |
|
5.26E-07 |
5.40E-07 |
5.26E-07 |
2.58 |
0.00 |
|
5.36E-07 |
5.50E-07 |
5.36E-07 |
2.61 |
0.00 |
|
5.45E-07 |
5.60E-07 |
5.45E-07 |
2.59 |
0.00 |
|
5.56E-07 |
5.69E-07 |
5.56E-07 |
2.49 |
0.00 |
|
5.66E-07 |
5.79E-07 |
5.66E-07 |
2.33 |
0.00 |
|
5.77E-07 |
5.89E-07 |
5.77E-07 |
2.11 |
0.00 |
|
5.88E-07 |
5.99E-07 |
5.85E-07 |
1.82 |
0.00 |
|
5.96E-07 |
6.06E-07 |
5.96E-07 |
1.58 |
0.00 |
|
6.12E-07 |
6.19E-07 |
6.10E-07 |
1.04 |
0.00 |
|
6.22E-07 |
6.26E-07 |
6.22E-07 |
0.66 |
0.00 |
|
6.36E-07 |
6.36E-07 |
6.33E-07 |
0.12 |
0.00 |
|
6.49E-07 |
6.46E-07 |
6.47E-07 |
0.49 |
0.00 |
|
6.64E-07 |
6.56E-07 |
6.61E-07 |
1.16 |
0.00 |
|
6.79E-07 |
6.66E-07 |
6.76E-07 |
1.89 |
0.00 |
|
6.94E-07 |
6.76E-07 |
6.91E-07 |
2.70 |
0.00 |
|
7.11E-07 |
6.86E-07 |
7.08E-07 |
3.56 |
0.00 |
|
7.28E-07 |
6.95E-07 |
7.25E-07 |
4.50 |
0.00 |
|
7.46E-07 |
7.05E-07 |
7.42E-07 |
5.50 |
0.01 |
|
7.65E-07 |
7.15E-07 |
7.61E-07 |
6.56 |
0.02 |
|
7.81E-07 |
7.23E-07 |
7.81E-07 |
7.46 |
0.03 |
Fuente: El=
aboración
propia
Diseño y construcción del sistema eléctrico y electrónico.
Figura 6 Diagrama
Funcionamiento sistema
Fuente de Alimentación Protecciones Censado de longitud de onda<=
o:p> Autómata programable Visualización HDMI Selección de longitud de ond=
a Señal Amplificada
Fuente:
Elaboración propia
Los elementos usados para elaborar esta aplicación electrónica se encuentran determinados por el controlador lógico programable (PLC), una pantalla táct= il para el interfaz humano maquina (HMI) motores tipo swi= tch, circuitos, lámpara de tungsteno, Enfocado hasta el monocromador, y su transformador, el cual provee a la lámpara un voltaje de 2.5 V y una corriente característica de 2 A.
Funcionamiento del sistema electrónico y elé=
ctrico
del equipo
Durante
el proceso de ponerlo en marcha y energizar al equipo el encendido responde
directamente a la pantalla táctil, Interfaz Humano Maquina (HMI), el cual
genera un despliegue de un menú mostrando diferentes longitudes de onda
procesadas atreve a través del PLC (Yaulema y Rosero 2016).
El
sistema de automatización, integró comprende el control del motor AC, los
motores a pasos, lámparas y sensores, encargándose de la funcionabilidad del
monocromador y la rendija, los cuales descomponen la luz obtenida a partir =
de
la lámpara en las diferentes longitudes de onda, dentro de este proceso el
motor AC, se activa el filtro del chopeo, generando a su vez una señal más =
fina
para su medición, controladas por el autómata el cual genera diferentes val=
ores
arrojados por los sensores y las variables de la pantalla Touch
encargados de enviar las señales para el funcionamiento y movimiento de los
motores y la lectura de los valores de longitud de onda en el HMI (Yaulema y Rosero 2016).
PLC Allen Bradley Micro820: Representado en la figura 7, está conformado con Ethernet integr=
ado
puertos en serie y una ranura micro SD,=
posee además una =
entrada
y salida de los registros de datos analógicas esenciales para la automatiza=
ción
remota (Rockwellautomation, 2014).
Figura 7 PLC Micro =
820
Fuente: Elaboración Propi=
a
Diseño electrónico del sistema: costa del rediseño de todos los circuitos electrónicos originales, cont= rolados por los microcontroladores los cuales son responsables del funcionamiento de los motores AC y DC, Figura 8, modificando circui= tos, permitiendo el acoplamiento de control desde PLC y HMI optimizando el movimiento de estos motores a un solo control total, su tamaño de los circuitos, mediante el programa Proteus, simulando y creando distintas plac= as, Figura 9 (Yaulema y Rosero 2016).
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Figura. 8 |
Figura. 9 |
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=
Fuente:
Elaboración propi=
a |
Diseño de control AC, para el filtro “Chopper”: la conformación y diseño de la base permite el control de los disparos en un tiristor, Genera= ndo un tren de pulsos, y cierto ángulo de retardo del disparo, conocido como α, respecto a= l paso de cero, por las tensiones alternas las cuales son encargadas de alimentar = el convertidor, generando una señal de referencia sinusoidal, conocida también como señal de diente de Sierra sincronizada con la red alterna de alimentac= ión global (Yaulema y Rosero 2016).
Primera Etapa: Cruce por cero: La señal de referencia dada por la red, realiza una sincronización, la = cual utiliza una rectificadora de onda completa generando una señal DC, obtenien= do como característica, la pulsación qué es detectada por un optoacoplador PC8= 17, que al momento de apagarse el led interno, genera una reacción, constituida por= un pulso, representada en la figura 10 y 11 (= Yaulema y Rosero 2016).
|
Figura. 10 Diagrama de Circuito |
Figura 11. Forma de ondas generadas |
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=
Fuente:
Elaboración propi=
a |
Segunda Etapa: Referido al circuito
integrador y seguidor de tensión elemento que permiten la tensión de salida,
determinada por la longitud de tiempo de entrada, la señal DC que es acopla=
da a
un transistor BC547, Obteniendo=
una
onda de dientes de Sierra, dentro del diagrama del integrado y seguidor de =
la
atención cómo se aprecia en la figura 12 y las ondas generadas en la figura=
13
(Yaulema y Rosero 2016).
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=
Fuente:
Elaboración propi=
a |
|
Tercera Etapa: El circuit= o Restador –Inversor, resta e invierte la generación de la onda la cual permite eliminar el desfase establecido entre= el voltaje de la señal de diente de Sierra la cual posee un mejor control del motor este circuito podemos observar en la figura 14 y su forma de onda en = la figura 15 (Yaulema y = Rosero 2016).
|
Figura
14 Diseño circuito Sumador–restador
|
Figura 15 Señal generada circuito sumador-estado |
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|
=
Fuente:
Elaboración propi=
a |
Cuarta etapa: Comparador, dentro de este ciclo se realiza la comparació=
n del
voltaje tanto de la entrada y salida la cual clasifica la misma permitiendo=
el
pase del mayor voltaje generando el reporte al PLC, utilizando para la
simulación un potenciómetro el cual tiene la factibilidad de variar la seña=
l de
los pulsos observando la figura 16 y el tren de pulsos en la figura 17 (
|
Figura 16. Circuito de comparador de voltajes |
Figura 17 Señal generada por el comparador |
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=
Fuente:
Elaboración propi=
a |
Quinta etapa: circuito de potenc=
ia: La
característica de esta fase es que se conoce conecta la salida del tren de
pulsos a un optoacoplador con la finalidad de separar la parte qué roja baja
potencia con la parte del AC, el cual al disparar el tristor, rectifica la
forma de la onda ya sea a diferentes grados, el único condicionante es la s=
eñal
de entrada la cual controla el motor y regula la intensidad cómo podemos
observar en la figura 18 y la señal rectificada en la figura 19 (Yaulema y =
Rosero
2016).
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Figura 18 Diagrama circuito de potencia |
Figura 19 Señal de disparo del Tiristor |
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=
=
Fuente:
Elaboración propi=
a |
Diseño driver para el motor a pasos del sist=
ema
monocromador: para la
operatividad del motor se utilizó el círculo integrado L 298, constituido p=
or
un conductor doble corriente, interactuando por niveles lógicos TTL, el cual
facilita el manejo de cargas inductivas como Relés, solenoides DC y motores
paso a paso, diodos leds, para indicadores del encendido de las bobinas y l=
os
diodos rectificadores para la protección simplificándose este diagrama en la
figura 20 (Yaulema y Rosero 2016).
Figura 20 Driver de Motor a P=
asos
de 8 cables
Fu=
ente:
Elaboración propia<=
/span>
Diseño del driver para el motor a pasos para=
la
rendija: debido a las
características del motor se usó un tip 122 este
diseño lo podemos observar en la figura 21, generando un puente H qué tiene=
la
capacidad de soportar corrientes mayores a 1 A. (Yaulema y Rosero 2016)
Figura
21
Driver de Motor a Pasos de 6 cables
Fuente: Elaboración
propia
Circuito PCB (Printed Circuit Board) para efectuar el control de motor= es: Una vez probado y simulado, Se realizó la validación y el diseño de los circuitos PCB, dentro del programa ARES, formica 3d de las siguientes estructuras, mostradas en la fi= gura 22,23,24 (Yaulema y Rosero 2016).
|
Figura 22 Driver Motor AC |
Figura 23 Driver Motor a Pasos 8 |
Figura 24 Driver Motor a Pasos 6 |
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|
=
Fuente:
Elaboración propi=
a |
=
Diseño de amplificación del voltaje ocupados=
en
los optoacopladores de ranuras: utilizados
para la detección de las ruedas y la posición del motor colocando dos
optoacopladores de ranura, los cuales en su salida muestran un voltaje máxi=
mo
de 5 V, cómo podemos observar en la figura 25 (Yaulema y Rosero 2016).
Fu=
ente:
Elaboración propia<=
/span>
Diseño análisis y construcción de la base y =
la
carcasa protectora: para la
fabricación de la base se utilizó un material resistente el cual soporta to=
dos
los pesos de los componentes esta carcasa protectora tiene que ser
especialmente de color oscuro (negro), cumpliendo con las funciones de evit=
ar
la contaminación con entrada de luz y salida de la misma, observadas en la
figura 26 (Yaulema y Rosero 2016).
Fu=
ente:
Elaboración propia<=
/span>
Programación y funcionamiento: Al
establecer y programar el PLC, se debe considerar todo el control de los
actuadores para generar datos a través del HMI, y los sensores que funcionan
dentro del sistema como podemos observar en la figura 27 (Yaulema y Rosero
2016).
Fu=
ente:
Elaboración propia<=
/span>
Diseño de la interfaz
Hombre máquina (HMI): el análisis diseño y programación=
del
PLC, se lo realizó en el programa Connected
|
Figura 28. Presentación HMI |
Figura 29. Ventana principal |
Figura 30. Calibración del HMI |
|
|
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|
|
=
Fuente:
Elaboración propi=
a |
Conclusiones.
·
El
mecanismo propuesto para la generación de longitudes de onda UV, presenta un
rediseño en su parte eléctrica y electrónica, manejados por varios actuador=
es
con solo autómata cómo es la conexión de un HMI, poniendo a punto y
funcionamiento los motores el encendido de la lámpara las protecciones
eléctricas por microcontroladores a un PLC, otorgando un manejo óptimo del
sistema.
·
Para
realizar la cuantificación de la longitud de onda se utilizaron varias fórm=
ulas
estadísticas generando un grado positivo de satisfacción al sistema, dentro=
de
las cuales las dos opciones como son la interpolación de Newton, disminuyen=
el
error al 0,05% y la de mínimos cuadrado de 3.32%, Generando valores óptimos=
de
longitud de onda específicos para el tratamiento de las aguas residuales, c=
omprobando
la efectividad del sistema.
·
Mediante
la modificación del sistema mecánico del monocromador y rendija selectora se
establecieron los valores de longitud de onda para poder visualizar y modif=
icar
por parte del usuario en una interfaz interactiva determinando los rangos
operativos de la lámpara UV, comprendidos entre 500 y 700 nm, valores óptim=
os
para estudios de catálisis foto de graduación y descontaminación de aguas
surfactantes y fenoles.
·
El HMI, permite la visualización de la
longitud de onda y el control de los motores facilitando y desarrollando una
interacción directa entre el operador y el equipo, generando mejoras del
sistema original en cuanto a sus actuadores y sensores con la obtención de =
500
a 700 nm de longitud de onda, su sistema electrónico es característico en la
protección de la lámpara, debido a su naturaleza endeble cuyo caso de aumen=
tar
los valores de corriente y voltaje preestablecidos,
se puede generar un efecto flyback, dentro de la
lámpara terminando así su vida útil.
Referencias Bibliográficas=
.
Có=
rdoba,
U. (2009). Obtenido de Departamento de eléctrica. Disponible en:
http://www.efn. uncor.edu/departamentos/electro/cat/eye_archivos/apuntes/a_=
practico/CAP%209%20Pco.pdf
Elmer, P. (2004). Perkin Elmer. Obteni=
do
de Lambda 650, 800, and 950, Spectrophotometers:
Disponible en: https://www.perkinelmer.com/lab-solutions//resources/docs/BR=
O_L
ambda950850650Americas.pdf 8-12p.
Garcés, L., Mejía, E., & Santamarí=
a,
J. (2011). Revista. Obtenido de Universidad Lasallista: Disponible en:
http://www.lasallista.edu.co/fxcul/media/pdf/Revista/Vol1n1/083-92%20La%20f=
otocat%C3%A1lisis%20como%20alternativa%20para%20el%20tratamiento.pdf
. 10-15p.
Granada, U. (2015). Espectroscopia.
Obtenido de Espectroscopia Ultravioleta visible. Disponible en:
http://www.ugr.es/~quiored/espec/uv.htm
Harris, D. (2006). Análisis Químico
Cuantitativo. New York: Reverte.
Paullan, D. (2015). Degradación del fenol=
presente
en las descargas de aguas residuos industriales Shushufindi mediante fotoxi=
dación
catalítica homogénea y heterogénea descontaminación de descargas. Riobamba:
ESPOCH. 15 -16 p.
Pérez, D., y Rengifo, J. (2011). villamor. Obtenido de espejospla=
nosyesfericos:
http://villamorespejosplanosyesfericos.blogspot.com/
Peri, C. (2015). Instituto Argentino de
Radioastronomía. Disponible en: http://www.iar.u=
nlp.edu.ar/divulgacion/art-difu-21.htm
Requena, A., y Zúñiga, J. (2004). Espectroscopía=
. Murcia: Pearson. 12-17p
RockwellAutomation. (2014). rockwellautomation<=
/span>.
Obtenido
de iterature/documents:
http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/br=
/2080-br001_-es-p.pdf
Sirtori, C., López, A., & Rodríguez, S.
(2010). Evaluación analítica de procesos de transformación biológica,
fotoquímica y fotocatalítica de fármacos en agu=
a.
Editorial Ciemat.
Skoog, D. A. (2008). Principios Anális=
is
Instrumental. México: CENGAGE.
Skoog,
D., Holler, F., & Crouch, S. (2008). Principios de análisis
Instrumental. México: CENGAGE.
Todorobot.
(2016). Todorobot. Obtenido de motores, Disponi=
ble
en:
http://www.todorobot.com.ar/tutorial-sobre-motores-paso-a-paso-stepper-moto=
rs/
Viticodoc.
(2010). Scribd. Campos visuales normales. Disponible en: http://es.scribd=
.com/doc/35067879/FISICA-Y-OPTICA#scribd
Yaulema, J., y Rosero, J., (2016).
Automatización de un generador de luz ultravioeta
visible de longitud de onda variable, controlado con un HMI, (Tesis Pregrad=
o).Quito.
Universidad Salesiana.
Zúñiga, A. R. (2004). Espectroscopía. =
En
A. R. Zuñiga, Espectroscopía. Murcia: Pe=
arson.
39 p.
PARA
CITAR EL ARTÍCULO INDEXADO.
<= span lang=3DES-EC>Yaulema Castañeda, J. L., Bol= años Logroño, P. F., Mendez Gómez, H. B., & Orqu= era, V. (2020). Automatización de un generador de luz ultravioleta, controlada c= on un HMI, de longitud de onda variable . ConcienciaDi= gital, 3(2.2), 132-153. https://doi= .org/10.33262/concienciadigital.v3i2.2.1252
El
artículo que se publica es de exclusiva responsabilidad de los autores y no
necesariamente reflejan el pensamiento de la Revista Conciencia Digital.
El artículo queda en propiedad de=
la
revista y, por tanto, su publicación parcial y/o total en otro medio tiene =
que
ser autorizado por el director de la Revista
Conciencia Digital.
[1]Escuela
Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Ciencias, Riobamba, Ecuador=
, jorge.yaulema@espoch.edu.ec
[2] Escuela Superior Politécnica de Chimboraz=
o,
Facultad de Ciencias, Riobamba, Ecuador, paulina.bolanos@espoch.edu.ec
[3] Universidad de Costa Rica, Facultad
de Ciencias. San Pedro, San
José, Costa Rica. hector.mendez@ucr.ac.ar
[4] Universidad Nacional de Río Cuarto, Facul=
tad
de Ciencias exactas, físico-química y naturales, Río Cuarto, Argentina,
vorquera@exa.unrc.edu.ar
www.concienciadigital.org