Actividad 5 sensores - Salvador Hdz M

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Universidad Autónoma de Nuevo León
Facultad de ingeniería mecánica y eléctrica
Sensores y actuadores
Actividad #5
Reporte de la aplicación de actuadores
Alumno: 
Matrícula: 
Ing. Alfredo Romero Balboa
Grupo: 011 Dia: LMV Hora: V2
San Nicolás de los Garza, ciudad universitaria a 19 de abril de 2022
Índice
Introducción	3
Shield Bomba	4
Shield Cargador de Bateria	14
Conclusión	23
Bibliografía	23
Introducción
El sistema mecatrónico para investigar es un invernadero que irá en una misión de la nasa a marte el objetivo es que los astronautas puedan poner el invernadero en marte y este tenga todos los soportes vitales para mantener a la planta viva.
En este reporte de laboratorio tomaremos en cuenta dos tipos de actuadores que intervienen en la creación de un invernadero con destino al espacio en la cual tendremos que elaborar una Shield Bomba y una Shield cargador bat. Para esto primero deberemos investigar acerca de cada una y ver qué tipo de componentes deberemos integrar en cada una de las Shield para no cometer errores al momento de unir cada uno de los componentes.
Shield Bomba
Lista de materiales
· 3 resistencias de 220omhs. Figura 0.1
· 1 TIP 41. Figura 0.2
· 2 Terminal Block 2. Figura 0.3
· 1 pin Header Sencillo. Figura 0.4
· 2 cables Junoer. Figura 0.5
· 1 disipador de calor tipo aleta. Figura 0.6
· 1 bomba de Agua. Figura 0.7
Figura 0.1 Figura 0.2
 Figura 0.3 Figura 0.4
 Figura 0.5 Figura 0.6
Figura 0.7
Tip 41
Transistor TIP41C y TIP42C. Figura 0.8
Transistores de potencia disponible en TIP41C NPN y TIP42C PNP, ambos tienen un encapsulado de plástico TO-220, estos transistores son de tipo bipolar de propósito general son de muy alto desempeño, de acuerdo con tu proyecto podrás elegir uno de estos transistores.
¿Para que sirve Transistor TIP41C y TIP42C?
transistores sirven para aplicaciones de audio, procesamiento de señal, administración de potencia, dispositivos portátiles, electrónica de consumo y conmutación rápida.
Figura 0.8
ESPECIFICACIONES Y CARACTERÍSTICAS
· Transistor TIP41C
· Tipo de Transistor: NPN
· Serie: TIP41C
· Encapsulado: TO-220-3
· Pines: 3
· Número de pines: 3
· Dimensiones Aprox.: 28.9 mm x 10 mm x 4.4 mm
· Peso: 2g
· VCEO Máxima Colector-Emisor: 100 V
· Tensión VEBO Máxima Emisor-Base: +5 V
· Tensión VCBO Máxima Colector-Base: 100 V
· Voltaje de saturación del colector-emisor: 1.5 V
· Corriente máxima del colector de CC: 6 A
· Ib Corriente de base: 3 A
· Ganancia de corriente CC hFE Máx.: 75
· Disipación de la energía: 65 W
· Frecuencia mínima de Funcionamiento: 3 MHz
· Temperatura de Funcionamiento Máxima: +150 ºC
· Temperatura Mínima de Funcionamiento: -65 °C
TIP41C qué es?
El TIP41C NPN es un dispositivo electrónico de estado solido de unión bipolar NPN, fabricado de silicio y protegido por un encapsulado de plástico color negro conocido como TO-220, este transistor cuenta con 3 pines que son base, colector y emisor. El TIP41C esta diseñado para aplicaciones de potencia y manejar bajas frecuencias.
¿TIP41C cómo usar?
El TIP41C están diseñado para aplicaciones de potencia y manejar bajas frecuencias, por lo general se utiliza en fuentes de alimentación y como amplificador de audio de baja potencia.
¿TIP41C cómo interruptor?
El TIP41C básicamente, tiene una entrada llamada colector, una salida llamada Emisor y un control denominado Base. Cuando se aplica una señal de ALTO a la base (B, pin de control), el transistor cambia y permite que la corriente fluya desde el colector (C) para el emisor (E). De esta manera el transistor TIP41C sirve como interruptor electrónico.
Bomba de agua
Una bomba de agua es una maquinaria que se utiliza para bombear agua de un lugar a otro, moviendo cualquier fluido, el más común es el agua. 
Puede ser utilizado en muchos ámbitos y sectores diferentes, sus aplicaciones más comunes son: en la agricultura y jardinería, el suministro de agua potable, el drenaje de piscinas y pozos, la eliminación de aguas residuales o en la alimentación de calderas.
Su funcionamiento es sencillo y básico, el agua es aspirada por el tubo de entrada de la bomba, para luego ser impulsada por el motor que crea un campo magnético con las bobinas e imanes, y así lograr que el impulsor gire de una manera continuada. A medida que gira el rotor, se mueve el fluido que alimenta la bomba.
Las bombas sumergibles, como su nombre indica, son bombas que funcionan completamente sumergidas dentro de un líquido.  
El motor, que está acoplado dentro del cuerpo de la bomba, se cierra herméticamente, para que el agua no pueda acceder a él.
La bomba de agua sumergible se introduce dentro del líquido, generalmente agua, empujándolo hacia la superficie. El motor de las bombas sumergibles transforma la energía cinética en energía centrífuga y por último en energía de presión, lo que eleva el agua hacia afuera del pozo. Figura 0.9
Figura 0.9
Podemos decir a manera general que una Bomba de Agua, está compuesta de:
· Carcasa o Armazón
· Una Entrada y una Salida
· Impulsor, Rotor o Rodetes
· Sellos, Retenedores y Anillos
· Eje Impulsor
· Cojinetes o Rodamientos
· Panel de Control
· Motor
· Es lo básico como para entender el tema, pero pueden contener, tuercas, o´rings, tapones, acoples, ventilador, capacitor, cables, entre otros.
Carcasa o Armazón: Es simplemente, el cuerpo en el que está recubierta en su mayoría, su mecanismo de avance de los líquidos a traspasar. Generalmente debe ser anticorrosión, en acero inoxidable o hierro fundido si no es sumergible.
Entrada y Salida: Como es obvio, debe existir un hueco o entrada por donde pase el fluido, y luego una salida del mismo
Impulsor, Rotor o Rodetes: Es el dispositivo que se usa para poder impulsar el fluido contenido en la carcasa. Pueden ser de tipo aspas, álabes, etc, la idea es que impulsen el fluido.
Sellos, Retenedores y Anillos: Es todo lo que hace que la Bomba selle de manera correcta permitindo cierta compresión interna.
Eje Impulsor: Como también es obvio, es un eje que sostiene el impulsor para que gire sobre él.
Cojinetes o Rodamientos: Para sostener adecuadamente el Eje Impulsor
Panel de Control: Para accionar la Bomba de Agua, puede contener switches o botones para realizar su encendido, parada, entre otras.
Motor: Es el dispositivo que permite mover el Eje y a su vez el impulsor para que el fluido pueda pasar de un lado a otro. Dependiendo de la potencia del mismo, podrá movilizar más agua en el menor tiempo posible. El motor puede contener otras piezas especiales, como ventilador, bobina, imanes, etc.
Instrucciones para realizar la shield bomba de agua
Utilizar una bomba de agua sumergible o una bomba de agua de parabrisas de coche para el sistema de riego. Figura 1
Figura 1.
Controlar la bomba de agua con un transistor y calcular la resistencia R1 necesaria para activar la bomba con la salida digital de un Arduino (5volt). Recuerden escoger el transistor adecuado. 
La hfe la van a sacar de la hoja de datos de el transistor que hayan seleccionado. Para activar el encendido y apagado de la bomba con una señal de 0 a 5 volt proveniente de un Arduino se requiere utilizar un transistor para que este maneje la corriente que necesita la bomba para activar. Hay que calcular la resistencia R1 necesaria para activar la bomba con la salida digital de un Arduino (5volt). en este caso se recomienda el transistor NPN TIP4. La hfe la van a sacar de la hoja de datos del transistor que hayan seleccionado. Figura 2.
Figura 2.
La placa bomba se compone de un transistor que en este caso se sugiere el TIP 41 pero puede ser otro, (si utiliza otro transistor es muy importante que respete las terminales base colector y emisor en ese orden porque así está configurada la PCB cuando pone el transistor en su posición en la pcb) también recuerde utilizar un disipador de calor. La resistencia es calculada por el alumno. Figura 3.
Figura 3.
En la terminal S se conecta la señal de Arduino con la que se va a controlar el encendido y apagado de la bomba ejemplo conectar en pin 8 del Arduinoa la terminal “S” de la pcb bomba y el pin GND de Arduino a la terminal “-“ de la pcb bomba. En 12V se conecta la fuente de alimentación de la bomba y en motor se conecta la bomba de agua a controlar respetando las polaridades tanto de el voltaje en la entrada como el de la bomba ósea positivo con “+” y negativo con “-“
Podemos probar la bomba con el siguiente programa de Arduino la bomba encenderá 1 segundo y se apagará 2 segundos repetidamente. Figura 4.
Figura 4.
A continuación, mostraremos como se pueden observar las placas. Figuras 5,6 y 7
Figura 5, 6 y 7
Shield Cargador de Batería
Los cargadores solares obtienen energía directamente del Sol, convirtiéndola en energía eléctrica. Son aparatos modernos que utilizan energía limpia, mediante paneles solares captan la energía solar y la almacenan en una batería incorporada a cada cargador solar, para poderla consumir cuando se requiere. 
¿En qué consiste el almacenamiento de energía?
Como bien indica la propia pregunta, es la acción de almacenar energía para su utilización posterior. Generalmente este almacenamiento se realizará por medio de baterías solares. Pero antes veamos algunas cuestiones necesarias para entender bien cómo se almacena la energía solar.
¿Qué es la energía solar fotovoltaica?
La energía solar fotovoltaica es una energía renovable, su propósito es utilizar la energía que procede del sol para transformarla en electricidad. Todo este proceso es posible gracias a los paneles solares, compuestos por células solares, las cuales reciben la radiación y la transforman en energía. En el proceso de almacenar esta energía se utilizarán baterías solares, que es el elemento más importante en la instalación de la energía solar fotovoltaica.
Estas baterías serán las que almacenarán la energía durante el día y se podrá hacer uso de ella durante la noche o en los periodos de tiempo inestable, sin sol, donde las radiaciones solares no sean suficientes.
Funciones de una batería solar
Las baterías solares están compuestas de celdas electroquímicas. Su función es transformar la energía química almacenada en electricidad.Consta de un electrodo positivo, uno negativo, y electrolitos. Todo ello hace que la corriente fluya llevando a término la función para la que se constituyó.
Este proceso se resume en los siguientes pasos:
El panel solar fotovoltaico durante el día recibe la radiación del sol y la transforma en electricidad suministrándola a la instalación.
La energía sobrante se almacena en la batería o baterías que tenga la instalación para poder utilizarse en los días que no haya sol o durante la noche, tal y como hemos destacado con anterioridad.
Tipos de baterías que podemos instalar
En este apartado te hablamos de los diferentes tipos de batería que se pueden instalar: baterías monoblock, batería estacionarias y baterías de litio.
Desarrollamos cada una de ellas a continuación:
Baterías monoblock: las baterías monoblock son las baterías utilizadas para instalaciones de autoconsumo de baja y media potencia (iluminación y electrodomésticos de baja potencia) Tienen una duración menor, en términos de ciclos de descarga profunda, y respetando las indicaciones del fabricante podrían durar entre oscila entre los 4 y los 10 años de vida. Son las baterías más económicas que se pueden encontrar.
Baterías estacionarias: el uso de las baterías estacionarias está indicado en instalaciones de medio o alto consumo, por ejemplo: electrodomésticos con mayor potencia, maquinaria, etc. Tienen una duración mayor a las baterías anteriores (también en términos de ciclos de descarga profunda), y una vida que puede llegar hasta los 20 años y por ello, su coste económico también es más elevado al de las baterías monobloque.
Baterías de litio: actualmente existe una gran demanda de este tipo de baterías debido a su escaso mantenimiento y alta durabilidad. Las baterías de litio se consideran una de las mejores opciones del mercado. Son el futuro de las baterías en las viviendas. Las baterías de litio tienen un coste/capacidad mayor pero al poder utilizarse a mayor profundidad de descarga y disponer de mayor cantidad de ciclos de descarga son una de las opciones más recomendadas actualmente.
Estas baterías que te hemos mencionado con anterioridad marcan la diferencia con el resto de las baterías convencionales (por ejemplo: con las baterías de los automóviles). Estas baterías reciben el nombre de baterías de ciclo profundo. Su carga y descarga la hacen frecuentemente y su duración es muy alta respecto a las baterías convencionales que te comentábamos.
Las baterías eléctricas fotovoltaicas almacenan la energía a través de los paneles solares fotovoltaicos. Esto hace que podamos utilizarlas cuando lo necesitemos o consideremos oportuno sin tener que estar pendientes de si los paneles fotovoltaicos no obtienen la energía solar.
Listado de materiales a utilizar
· 1 LM741 Figura 2.0
· 1 1N5400 Figura 2.1
· 1 LED Figura 2.2
· 1 relevador 12v Figura 2.3
· 1 Tip41 Figura 2.4
· 1 resistencia de 220ohms Figura 2.5
· 3 resistencias de 1k ohms Figura 2.6
· 1 capacitor 1000 microfaradios Figura 2.7
· 1 POT 10k ohms Figura 2.8
· 1 base de 8 pin Figura 2.9
· 1 disipador de calor Figura 2.10
· 1 bateria recargable de 12v Figura 2.11
 Figura 2.0 Figura 2.1
 Figura 2.2 Figura 2.3
 Figura 2.4 Figura 2.5 
 Figura 2.6 Figura 2.7
 Figura 2.8 Figura 2.9
 Figura 2.10 Figura 2.11
Ahora bien, a la paca CargadorBat se le debe conectar unas celdas solares en el borne “Entrada” pero como no tenemos celdas solares conectaremos una fuente de alimentación de 13V o más, en el borne “Batería 12V” se conecta nuestra batería plomo acido de 12V, en el borne “Salida” es la salida de alimentación de nuestro invernadero.
Hay que hacer un ajuste a la placa antes de conectar la batería de 12V con un multímetro medimos volts y ponemos las puntas del multímetro en las puntas de prueba de la placa y ajustamos el potenciómetro hasta medir 6.3V y es todo después de este paso se puede conectar la batería recargable de 12V. Figura 2.12
Figura 2.12
El shield cargador de batería ver figura 2.13, tiene una entrada de alimentación en el cual se le debe de conectar una celda solar en nuestro caso se conectará una fuente de alimentación externa de 14V o 15V para que pueda cargar la batería de plomo acido de 12V. la salida alimentara a todos los circuitos del invernadero.
Figura 2.13
El funcionamiento es el siguiente la batería se carga nada más con el hecho de poner más de 1 volt por encima de su voltaje de operación o sea si la batería es de 12V nosotros tenemos que poner 13V o más y la batería empezará a cargar, en este caso la batería plomo acido es de 12.6V cuando está totalmente cargada y 12V cuando esta descargada, si la batería se descarga a menos de 11V puede entrar en algo que se llama ciclo profundo y la batería dejara de cargar y funcionar. El cargador de baterías ver figura 2.14, tiene un comparador de voltaje para controlar la carga máxima de la batería, cunado la batería ya está cargada el comparador se da cuenta y manda apagar la carga de la batería, si la batería no está cargada el comparador se da cuenta y carga la batería.
Figura 2.14
Probar el funcionamiento de la placa
Primero conectar solo la fuente de alimentación en el borne “Entrada” conectar el multímetro para medir voltaje en las puntas de prueba de la placa PCB y ajustar el potenciómetro hasta que el multímetro mida 6.3V.
Segundo ya ajustado los 6.3v de la placa pcb medir la salida de voltaje con el multímetro y deberá de salir 12.3v aproximada mente esto puede variar dependiendo del voltaje de alimentación de entrada. Sin la batería recargable plomo acido conectada.
Tercero conectar la batería recargable plomo acido y conectar la fuente externa de alimentación, medir la salida de la placa pcb con un multímetro y deberá medir 12.3V aproximadamente, esto puede variar dependiendo del voltaje de entrada de la fuente de alimentación, ahora desconectar la fuente de alimentación externa y dejar conectada la batería y seguir midiendo elvoltaje de salida y deberá de medir el voltaje que tenga la batería recargable y si conectamos la fuente de alimentación notaremos que el voltaje será el de la fuente de alimentación.
Conclusión
En este reporte de practica lleve a cabo el repaso para la creación de las placas pcb del cargador y la bomba de agua donde pude apreciar cada uno de sus componentes y el porqué de su implementación en estas placas, además una breve explicación de su funcionamiento en la industria o en la vida diaria por ejemplo de la bomba de agua que incluso las podemos ver en los aires lavados por poner un ejemplo simple
Bibliografía
· Embajadores, E. (s. f.). TIP41 - Transistor TIP41 NPN - 40 V - 6 A - TO-220. Electrónica Embajadores. Recuperado 22 de octubre de 2021, de https://www.electronicaembajadores.com/es/Productos/Detalle/SMTRTIP41/semiconductores/transistores/tip41-transistor-tip41-npn-40-v-6-a-to-220
· Qué es una bomba de agua, sus diferentes tipos y funcionamiento de una electrobomba. (s. f.). Bomba de agua. Recuperado 22 de octubre de 2021, de https://electrobombasjavea.com/blog/que-es-una-bomba-de-agua-y-como-funciona-una-electrobomba
· UNIT Electronics. (s. f.). Transistor BJT TIP41C NPN / TIP42C PNP. Recuperado 22 de octubre de 2021, de https://uelectronics.com/producto/transistor-bjt-tip41c-npn-tip42c-pnp/
· https://atersa.shop/como-se-almacena-la-energia-solar-fotovoltaica/