TellezBareñoLauraValentina2021

Vista previa del material en texto

ELABORACIÓN DE UN GENERADOR DE VAPOR COMO LABORATORIO 
PROGRAMADO Y DE ACCESO REMOTO 
 
 
 
 
 
 
 
 
DANIEL MATEO PINEDA TALERO 
LAURA VALETINA TELLEZ BAREÑO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS 
FACULTAD TECNOLÓGICA 
TECNOLOGÍA EN MECÁNICA INDUSTRIAL 
BOGOTÁ D.C. 
2021 
 
ELABORACIÓN DE UN GENERADOR DE VAPOR COMO LABORATORIO 
PROGRAMADO Y DE ACCESO REMOTO 
 
 
 
 
DANIEL MATEO PINEDA TALERO 
LAURA VALENTINA TELLEZ BAREÑO 
 
 
 
Trabajo de grado para la obtención del título de tecnólogo mecánico 
industrial 
 
 
 
Tutor del proyecto: 
PhD. Camilo Andrés Arias Henao 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS 
FACULTAD TECNOLÓGICA 
TECNOLOGÍA EN MECÁNICA INDUSTRIAL 
BOGOTÁ D.C. 
2021 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
A la Universidad distrital Francisco José de Caldas. 
Al director del proyecto de grado, PhD y profesor Camilo Andrés Arias Henao por 
su dedicación, orientación, tiempo, apoyo y sus meritorios conocimientos que 
cooperaron en el proceso del trabajo. 
Al ingeniero y profesor Alexander Alvarado Moreno, por su instrucción y ayuda con 
toda la parte de programación dentro de este proyecto. 
A familiares, por su colaboración y participación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TABLA DE CONTENIDO 
 
RESUMEN 1 
INTRODUCCIÓN 1 
1. FORMULACIÓN DE PROBLEMA 2 
1.1.JUSTIFICACIÓN 3 
1.2.OBJETIVOS 4 
1.1.1.Objetivo general 4 
1.1.2.Objetivos específicos 4 
1.3.METODOLOGÍA PRELIMINAR 5 
1. MARCO REFERENCIAL 6 
2.1.CALDERAS 6 
2.1.1 Calderas pirotubulares 7 
2.1.2.Calderas acuatubulares 8 
2.2. HARDWARE Y SOFTWARE LIBRE 9 
2.2.1 Arduino 10 
2.2.2 Placa Arduino 10 
2.2.3 Tipos de placas Arduino 10 
2.2.4 Arduino IDE 11 
2.2.5 Placa Arduino mega 2560 12 
2.3 SENSORES ARDUINO 12 
2.3.1 Sensor de presión (transductor) industrial modelo hk1100c 13 
2.3.2 Sensor de temperatura (termocupla) y modulo max6675 14 
2.3.3 Celda de carga 20kg yzc-133 sensor de peso 15 
2.3.4 Electroválvula neumática 12 v ¼ in 17 
2.3.5 Relé de estado sólido ssr-25da 18 
2.3.6 Modulo relé de dos canales 19 
2.3.7 Protoboard 20 
2.4 LABVIEW 21 
2.5 MICROSOFT TEAMS 21 
3. METODOLOGÍA 22 
3.1.MODELO MATEMÁTICO PARA EL LABORATORIO 22 
3.2.DISEÑO DEL SISTEMA DEL CONTROL Y VISUALIZACIÓN 24 
3.2.1.Adquisición de datos 24 
3.2.1.1.Sensor de presión 25 
3.2.1.2.Sensor de temperatura 25 
3.2.1.3.Sensor de carga 26 
3.2.2.Recepción de datos 26 
3.2.3.Salida de comandos 28 
3.2.4.Procesamiento y control de datos 32 
3.2.4.1.Código en Arduino IDE para sensor de presión 34 
3.2.4.2.Código en Arduino IDE para sensor de carga 36 
3.2.4.3.Código en Arduino IDE para sensor de temperatura 38 
3.2.4.4.Código en Arduino IDE para encendido del generador de vapor y 
activación de la electroválvula 39 
3.2.4.5. Código conjunto en Arduino IDE 40 
3.2.5. Montaje del generador de vapor 42 
3.2.6. Interfaz gráfica 46 
3.2.6.1.Conexión entre LabVIEW y Arduino 46 
3.2.6.2. Programación sensor de presión en LabVIEW 47 
3.2.6.3. Programación sensor de carga en LabVIEW 47 
3.2.6.4. Programación sensor de temperatura en LabVIEW 48 
3.2.6.5. Programación de relés en LabVIEW 48 
3.2.6.6. Programación conjunta en LabVIEW 49 
3.2.6.7. Ambiente de presentación en LabVIEW 50 
3.2.7.Acceso remoto 51 
3.2.8. Prueba de funcionamiento 52 
 57 
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS 61 
5.RECOMENDACIONES 62 
6.CONCLUSIONES 63 
BIBLIOGRAFÍA 64 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE TABLAS 
 
Tabla 1. Especificaciones y características de software libre 9 
Tabla 2. Especificaciones y características de placas Arduino 11 
Tabla 3. Especificaciones y características del sensor de presión hk1100c 14 
Tabla 4. Especificaciones y características del sensor de temperatura max6675 15 
Tabla 5. Especificaciones y características del del sensor de carga YZC-133 16 
Tabla 6. Especificaciones y características del sensor de la electroválvula 18 
Tabla 7. Especificaciones y características del relé ssr-25da 
19 
Tabla 8. Especificaciones y características del relé de dos canales 
20 
Tabla 9. Estados termodinámicos a partir de la tabla de saturación liquido-vapor 
A.6.2 22 
Tabla 10. Numeración de los elementos en la conexión de los sensores a la placa 
Arduino mega 2560 28 
Tabla 11. Numeración de los elementos en la conexión del generador de vapor a 
la placa Arduino mega 2560 29 
Tabla 12. Numeración de los elementos en la conexión de la electroválvula a la 
placa Arduino mega 2560 31 
Tabla 13. Identificación de cables en la conexión general a la placa Arduino mega 
2560 32 
Tabla 14. Estados termodinámicos reales 59 
 
 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1. Esquema de caldera pirotubular 7 
Figura 2. Esquema de calderín 8 
Figura 3. Esquema de caldera acuatubular 8 
Figura 4. Placas Arduino 11 
Figura 5. Placa Arduino mega 2560 12 
Figura 6. Sensor de presión ……..13 
Figura 7. Sensor de temperatura 15 
Figura 8. Sensor de carga …16 
Figura 9. Electroválvula ….17 
Figura 9. Relé de estado sólido ssr-25da …18 
Figura 10. Relé de 2 canales 20 
Figura 11. Protoboard 21 
Figura 12. Diseño del sistema del control y visualización 24 
Figura 13. Recta de salida (sensor de presión) 25 
Figura 14. Conexión de los sensores a la placa Arduino mega 2560 28 
Figura 15. Conexión del generador de vapor a la placa Arduino mega 2560 29 
Figura 16. Conexión de la electroválvula a la placa Arduino mega 2560 30 
Figura 17. Conexión sensores y relés a la placa Arduino mega 2560 31 
Figura 18. Conexión de la placa Arduino mega 2560 al software Arduino IDE 33 
Figura 19. Incluir librerías en Arduino IDE 34 
Figura 20. Código en Arduino IDE para sensor de presión 35 
Figura 21. Elemento pesado para la calibración del sensor de carga 36 
Figura 22. Código de calibración en Arduino IDE para el sensor de carga 37 
Figura 23. Código en Arduino IDE para el sensor de carga 37 
Figura 24. Ejemplo de la librería max6675 para el código en Arduino IDE ……38 
Figura25. Código en Arduino ide para el sensor de temperatura 39 
Figura 26. Código en Arduino ide para el encendido del generador de vapor y la 
activación de la electroválvula. 40 
Figura 27. Código conjunto en Arduino ide (a) 41 
Figura 28. Código conjunto en Arduino ide (b) 41 
Figura 29. Código conjunto en Arduino ide (c) 42 
Figura 30. Caldera inicial 42 
Figura 31. Adaptador para los sensores . 43 
Figura 32. Comprobación de funcionamiento de la celda de carga inicial 43 
Figura 33. Modelo estático de la balanza 44 
Figura 34. Elaboración de la balanza 45 
Figura 34. Montaje final del generador de vapor (a) 45 
Figura 35. Montaje final del generador de vapor (b) 45 
Figura 36. Conexión del puerto serial en LabVIEW 46 
Figura 37. Programación del sensor de presión en LabVIEW 
47 
Figura 38. Programación sensor de carga en LabVIEW 47 
Figura 39. Programación sensor de temperatura en LabVIEW 48 
Figura 40. Programación de relés en LabVIEW 48 
Figura 41. Programación conjunta en LabVIEW 50 
Figura 42. Generador de vapor encendido y apagado respectivamente ………....51 
Figura 43. Electroválvula activada y desactivada respectivamente 51 
Figura 44. Ambiente de presentación en LabVIEW 51 
Figura 45. Ceder el control en Microsoft teams 52 
Figura 46. Solicitar el control en Microsoft teams 52 
Figura 47. Guía de laboratorio (a) 53 
Figura 48. Guía de laboratorio (a) 53 
Figura 49. Volumen de agua utilizado en la prueba de funcionamiento 54 
Figura 50. Prueba de funcionamiento en la interfaz gráfica (a) 55 
Figura 51. Prueba de funcionamiento en la interfaz gráfica (b) 55 
Figura 52. Prueba de funcionamiento en la interfaz gráfica (c) 56 
Figura 53. Prueba de funcionamiento en la interfaz gráfica (d) 56 
Figura 54. Activación de la electroválvula a través de teams 57 
Figura 55. Datos de presion obtenidos en la prueba de funcionamiento 57 
Figura 56. Valores de presion en la prueba de funcionamiento 58 
Figura 57. Datos de temperatura obtenidos en la prueba de funcionamiento 58 
Figura 58. Valores de temperatura en la prueba de funcionamiento 59 
Figura 59. Acceso remoto desde Microsoft teams (a) 60 
Figura 60. Acceso remoto desde Microsoft teams (b) 60 
Figura 61. Acceso remoto desde Microsoft teams (c) 60 
 
 
 
 
1 
 
RESUMEN 
 
El presente trabajo de grado pretende crear una herramienta que permita a la 
comunidad universitaria el desarrollo y el aprendizaje práctico desde un laboratorio 
virtual enfocado en el manejo termodinámico de un generador de vapor, haciendo 
uso de elementos electrónicos como son los distintos sensores y relés empleados 
en este proyecto. 
Así mismo, se implementó el uso del software libre Arduino IDE para toda la parte 
de procesamiento y control de los datos obtenidos por los sensores y las señales 
enviadas a los relés que están conectados a la caldera, facultando su observación 
en una interfaz gráfica a través del software LabVIEW. 
Durante el desarrollo de este documento se describen todos los fragmentos que 
forman el montaje y todos los componentes que constituyen tanto la programación 
como la visualización de las variables termodinámicas del generador de vapor. 
Por último, se desea que las personas puedan interactuar directamente con el 
laboratorio programado, utilizando la información reunida en la interfaz gráfica por 
medio de un acceso remoto desde la plataforma Microsoft teams. 
 
INTRODUCCIÓN 
 
Comprendiendo la necesidad actual de enseñanza y aprendizaje práctico de los 
estudiantes orientado al área térmica, se desea realizar un laboratorio de acceso 
remoto enfocado en el manejo de un generador de vapor, donde se pueda definir y 
observar el comportamiento de las variables como: presión, caudal y temperatura. 
Por consiguiente, se requiere plantear el diseño y construcción de un calderín que 
permita entender el estudio de energía en todo el proceso de generación de vapor 
a través de un sistema de control de datos, con la ayuda de herramientas que 
faculten la integración y visualización de las variables a trabajar en el proceso. 
Desarrollar de forma correcta las partes fundamentales para la construcción y/o 
fabricación del generador de vapor, facilita la compresión de los valores obtenidos 
en el momento de relacionarse directamente con el laboratorio, por tal razón, se 
debe identificar los componentes principales del sistema de control dentro de este 
proyecto. En primera instancia, conocer cómo llegan los datos que reciben los 
sensores para luego ser transmitidos a software de control y visualización, luego, 
reconocer el elemento que se encarga de recibir los datos enviados por los 
sensores, de esta forma, se podrá chequear e inspeccionar los valores que han 
 
2 
 
tomado los sensores del generador de vapor en funcionamiento. Finalmente, 
examinar dichos valores a través de su visualización por medio de una interfaz 
gráfica que se pueda manejar desde otro dispositivo a través de acceso remoto. 
Se entiende que la implementación del laboratorio virtual sobre generación de vapor 
permite realizar prácticas donde se puede manejar variables necesarias para 
resolver diferentes tipos de problemas termodinámicos, reconociendo el uso y 
control de un generador de vapor. 
 
1. FORMULACIÓN DE PROBLEMA 
 
Como consecuencia de analizar el efecto de la contingencia sanitaria actual 
generada por el SARS-CoV-2, sobre la formación y aprendizaje estudiantil dentro 
de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, se evidencia la dificultad de no 
poder acceder a los laboratorios de la institución de manera presencial o virtual, es 
decir, hay una problema actual ante el manejo de los instrumentos y/o equipos que 
se encuentran en las instalaciones de los laboratorios, específicamente, los 
laboratorios de energías y ciencias térmicas. Dicho inconveniente, se debe a la 
decisión tomada por la universidad de cerrar las puertas de las aulas y cada espacio 
dentro de la institución como medida de seguridad para contrarrestar la presente 
pandemia. Por lo tanto, se produce una necesidad en la comunidad estudiantil de 
tener la facultad de entrar y hacer uso de un laboratorio de generación de vapor 
desde acceso remoto. 
SÉRÉ, MARIE (2002) asegura que: ‘la enseñanza de las ciencias es un conjunto, 
esto se puede detallar mediante: comprender la teoría, aprender toda esta teoría, 
realizar experiencias, aprender los procedimientos y los caminos, aprender a usar 
el saber teórico aprendido para que estépresente y sea utilizado cuando se trate de 
realizar un proceso completo aplicado’. (P.358). Por lo tanto, el buen desarrollo y 
crecimiento académico de un estudiante se basa en diferentes partes que le 
aportan, una parte con gran importancia es el conocimiento y manejo de los 
laboratorios con los que cuenta la universidad, ya que estos le permiten al alumno 
crear ideas, conocer los instrumentos, sus funciones, abarcar lo teórico en la 
práctica, y facilitar sus salidas laborales y académicas al ser egresado de la 
institución. 
En este momento, la comunidad estudiantil está perdiendo la oportunidad de utilizar 
y aprender sobre un generador de vapor que faculte mayor aprendizaje 
 
3 
 
termodinámico, y es un tropiezo en su aprendizaje profesional. Por lo cual, es 
indispensable que la Universidad Distrital Francisco José de Caldas cuente con 
herramientas o medios tecnológicos virtuales que faculten la opción de continuar el 
estudio práctico sin dificultad, con alternativas que funcionen y sean útiles a los 
estudiantes. Tener un laboratorio de acceso remoto enfocado en la generación de 
vapor, posibilita a los estudiantes comprender el instrumento, entender su 
funcionamiento, y con el medio de entrar desde casa. 
 
1.1.JUSTIFICACIÓN 
 
Teniendo en cuenta que la universidad distrital Francisco José de Caldas se 
caracteriza por generar ideas, opiniones y proyectos innovadores e ingeniosos, 
satisfaciendo los distintos apuros y obligaciones de la comunidad universitaria y de 
la ciudadanía; en el momento la universidad no tiene laboratorios asistidos que 
posibiliten a los estudiantes acceder a sus prácticas como se puede hacer de forma 
presencial, en otras palabras, no posee una alternativa virtual para que un alumno 
pueda desarrollar su habilidad frente a los diferentes dispositivos que disponen las 
instalaciones de laboratorios, concretamente, no hay una opción que faculte al 
estudiante interactuar con la primera ley de termodinámica y su puesta en práctica 
desde la generación de vapor. 
Por tal motivo, la evolución y progreso de este proyecto busca satisfacer y proveer 
los siguientes puntos: 
• Englobar la problemática sanitaria que hay actualmente, adaptándose a los 
cambios con la ayuda de ideas creativas e implementación de la tecnología 
y la virtualidad, permitiendo contribuir en alternativas favorables para la 
continuación de las carreras universitarias de los estudiantes. 
• Ofrecer a los estudiantes un laboratorio de acceso remoto, el cual fortalezca 
sus conocimientos individuales y grupales, es decir, este proyecto funciona 
como herramienta para que los alumnos puedan acceder y, de tal forma, 
dialogar o debatir sobre el estudio y aprendizaje que obtengan a partir del 
laboratorio. 
• Poner por obra y ejecución los conocimientos y estudios adquiridos durante 
la tecnología en mecánica industrial, por medio de la ejecución de un 
proyecto tecnológico aplicado. 
 
4 
 
• Brindar a la universidad distrital Francisco José de Caldas una nueva 
herramienta de estudio, la cual otorgue a la institución mayores 
reconocimientos relacionados con el avance informático y tecnológico, 
favoreciendo de igual manera la formación en áreas térmicas. 
• Compartir este proyecto de laboratorio de acceso remoto con alumnos de 
otras universidades e institutos que contribuyan en su formación. 
Por otro lado, se trata de un instrumento que colaboraría a los docentes en su 
enseñanza práctica y en la realización de laboratorios, puesto que es un método 
que puede ser empleado en esta época de contingencia sanitaria, y en algún otro 
momento. Asimismo, llevar el presente proyecto a un nivel tanto regional como 
nacional, es decir, favorecer a los distintos estudiantes colombianos en su 
aprendizaje térmico, apoyando especialmente a las carreras de ingeniería. 
 
1.2.OBJETIVOS 
 
1.1.1.Objetivo general 
 
 Diseñar un laboratorio virtual de acceso remoto, enfocado en el análisis 
termodinámico del balance de energía en el proceso de generación de vapor. 
1.1.2.Objetivos específicos 
 
• Definir las variables termodinámicas que se deben tener en cuenta para 
encaminar el desarrollo del laboratorio virtual. 
• Construir el montaje del generador de vapor controlado, determinando sus 
sensores y su sistema de control con ayuda de herramientas electrónicas. 
• Elaborar las prácticas de laboratorio con el generador de vapor, verificando 
su correcto funcionamiento. 
 
 
 
 
 
5 
 
1.3.METODOLOGÍA PRELIMINAR 
 
Etapa 1 
En primera instancia, para definir las variables termodinámicas a estudiar y trabajar 
se propone: 
1. Consulta de información acerca de calderas, tipos de calderas y variables a 
controlar. 
2. Establecer un modelo matemático, el cual permita reconocer las variables 
termodinámicas que se necesitan controlar. 
3. A partir del modelo matemático ya mencionado, se instaura un plan 
estratégico para la medición y limitación de las variables fijadas. 
4. Clasificación de la información obtenida. 
Etapa 2 
En segundo lugar, para la construcción y elaboración del generador de vapor se 
propone: 
1. Indagación de información sobre Arduino y sensores para generadores de 
vapor. 
2. Búsqueda de conexión, manejo y montaje de los sensores y Arduino. 
3. Determinar los sensores requeridos, puesto que van a facultar la medición y 
registro de las variables ya fijadas. 
4. Establecer un sistema de control, el cual delimite y regule las condiciones en 
el estudio del generador de vapor. 
5. Definir el conjunto de elementos físicos o materiales que constituyen el 
generador de vapor. 
Etapa 3 
En tercer lugar, para el desarrollo de las prácticas de laboratorio con el generador 
de vapor se propone: 
1. Relacionar las variables de medición, reconociendo su interacción entre 
ellas mismas. 
 
6 
 
2. Realizar la conexión adecuada de cada uno de los sensores y Arduino para 
el manejo del laboratorio de generación de vapor. 
3. Hacer pruebas del laboratorio virtual y comprobar su correcto 
funcionamiento. 
Etapa 4 
Para la etapa final, se considera las siguientes acciones: 
1. Calibración y mejoras del laboratorio virtual de ser requerido o necesario. 
2. Presentación del laboratorio virtual enfocado en la generación de vapor, en 
su etapa final. 
 
1. MARCO REFERENCIAL 
 
Para este laboratorio virtual es importante ver dos puntos de vista de diferentes 
áreas fusionadas para dar vida al proyecto. La parte que fundamenta el trabajo es 
la termodinámica (enfocada en la primera ley y las calderas) y la necesidad de un 
laboratorio virtual que cualquier estudiante pueda usar sin la necesidad de salir de 
su computadora, es decir de acceso remoto y en tiempo real. La segunda parte que 
hace realidad el plan es el manejo de software y hardware, ya que estas manejan 
las variables a controlar en la experimentación. 
En este capítulo se va a tratar los principios, tanto de la parte electrónica como de 
la parte termodinámica que conforman este proyecto, para darle al lector una mejor 
compresión sobre cada uno de los temas que abordan el laboratorio y sus 
respectivas definiciones. 
 
2.1.CALDERAS 
 
La termodinámica es una de las áreas más importantes de la ingeniería mecánica, 
se ha usado para la producción de energía a nivel mundial de diferentes maneras, 
una de ellas ha sido la construcción de calderas. 
Una caldera es un generador de vapor, donde la energía química contenida en un 
combustible (por ejemplo, gas natural, carbón, gasolina, biomasa, entre otros) se 
transforma en energía térmica. Generalmente es utilizado en las turbinas de vapor 
para generar vapor, habitualmente vapor de agua, con energía suficiente como para 
 
7 
 
hacer funcionar una turbina en un ciclo de Rankine modificado y, en su caso, 
producir electricidad, aunque también tiene amplias aplicaciones en la industria, 
como procesos de calentamientode materias primas o productos, esterilización, 
lavado, etc. 
Hay diferentes tipos de calderas, las que más resaltan por su utilidad y eficiencia 
son las pirotubulares y acuatubulares. 
 
2.1.1 Calderas pirotubulares 
 
Los generadores de vapor pirotubulares funcionan de la manera en la que los gases 
calientes de la combustión pasan a través de los tubos de la caldera y el agua rodea 
estos tubos para absorber el calor; algunas de las aplicaciones más comunes son: 
calefacción, esterilización, lavanderías, procesamiento de alimentos, cogeneración, 
reciclaje de calor, limpieza, extracción de petróleo y cualquier otro proceso que 
pueda requerir vapor o agua caliente. 
 
 
 
 
Hay un subtipo de caldera pequeña llamado “calderín” (es la versión pequeña y fácil 
de manejar de una caldera pirotubular), es el depósito en el que se acumula y 
calienta el agua en contenedor cilíndrico. En su interior se alojan los dos elementos 
claves, la resistencia eléctrica y el ánodo de sacrificio (ánodo de magnesio). En él, 
es donde se conectan tanto el tubo de entrada de agua fría como la toma de salida 
de agua caliente o vapor. El calderín, debido a su contacto permanente con el agua 
caliente, necesita una protección especial contra la corrosión, la más usada es el 
esmalte vitrificado, un tipo de cerámica que contiene silicio. 
 
Figura 1. Esquema de caldera pirotubular 
Fuente. Energías industriales. [Imagen]. Esquema caldera pirotubular. [Consultado agosto de 2021]. 
Disponible en internet: https://www.eisa.cl/esquema-caldera-pirotubular/ 
https://www.eisa.cl/esquema-caldera-pirotubular/
 
8 
 
 
 
 
 
Para demostraciones teóricas en el ámbito académico se utilizan calderas 
pequeñas o calderines debido a su fácil manipulación y por sus riesgos mínimos; es 
por ello por lo que el desarrollo del proyecto se llevara a cabo mediante un calderín. 
 
2.1.2.Calderas acuatubulares 
 
Los generadores de vapor acuatubulares funcionan cuando el agua circula por el 
interior de las tuberías que forman el intercambiador. El calor generado y los gases 
de combustión rodean los tubos calentando el agua que circula por los mismos. Se 
puede incrementar la capacidad de estas calderas aumentando el número de tubos. 
Son un tipo de calderas que se distingue por una gran capacidad de generación de 
vapor y por ello son las más utilizadas en centrales termoeléctricas. 
 
 
Figura 2. Esquema de calderín 
Fuente. Energías industriales. [Imagen]. Esquema calderín. [Consultado agosto de 2021]. Disponible en 
internet: https://www.eisa.cl/esquema-caldera-pirotubular/ 
Figura 3. Esquema de caldera acuatubular 
Fuente. Energías industriales. [Imagen]. Esquema caldera acuatubular. [Consultado agosto de 2021]. 
Disponible en internet: https://www.eisa.cl/esquema-caldera-acuotubular/ 
 
https://www.eisa.cl/esquema-caldera-pirotubular/
https://www.eisa.cl/esquema-caldera-acuotubular/
 
9 
 
2.2. HARDWARE Y SOFTWARE LIBRE 
 
Se llama hardware libre, hardware de código abierto, electrónica o máquinas libres 
a aquellos dispositivos de hardware cuyas especificaciones y diagramas 
esquemáticos son de acceso público, ya sea bajo algún tipo de pago, o de forma 
gratuita. La filosofía del software libre es aplicable a la del hardware libre, y por eso 
forma parte de la cultura libre. El hardware libre son los dispositivos cuyas 
especificaciones y diagramas son de acceso público, de manera que cualquiera 
puede replicarlos. Esto quiere decir que Arduino ofrece las bases para que cualquier 
otra persona o empresa pueda crear sus propias placas, pudiendo ser diferentes 
entre ellas, pero igualmente funcionales al partir de la misma base. 
El software libre son los programas informáticos cuyo código es accesible por 
cualquiera para que quien quiera pueda utilizarlo y modificarlo. 
 
CARACTERÍSTICAS 
Dispositivos Software Arquitectura Procesador 
Arduino 
Software 
gratis basado 
en lenguaje 
C. 
Posee 
diferentes 
versiones, 
según la 
necesidad. 
Atmega 
PIC 
Software 
MPLAB 
gratis, se 
puede 
trabajar en 
AMS y en C. 
Similares 
características 
de Arduino. 
Diferentes 
procesadores 
BleagleBone 
Python, 
Scratch, 
Linux, Eclipse 
Android ADK 
Posee 
diferentes 
versiones, 
según la 
necesidad. 
AM 33x 
Rasberry Pi 
Linux, IDLE, 
Scratch, 
Eclipse, 
QEMU 
Posee 
diferentes 
versiones, 
según la 
necesidad. 
ARM 11 
 
 
Tabla 1. Especificaciones y características de software libre 
Fuente. Elaboración propia 
 
10 
 
2.2.1 Arduino 
 
Arduino es una plataforma de creación de electrónica de código abierto, la cual está 
basada en hardware y software libre, flexible, económico y fácil de usar para los 
creadores y desarrolladores. Esta plataforma permite crear diferentes tipos de 
microordenadores de una sola placa a los que la comunidad de creadores puede 
darles diferentes tipos de uso. 
El proyecto nació en 2003, cuando varios estudiantes del Instituto de Diseño 
Interactivo de Ivrea, Italia, con el fin de facilitar el acceso y uso electrónico de la 
programación de este software. Lo hicieron para que los estudiantes de electrónica 
tuviesen una alternativa más económica a las populares BASIC Stamp, unas placas 
que por aquel entonces valían más de cien dólares, y que no todos se podían 
permitir. 
El resultado fue Arduino, una placa con todos los elementos necesarios para 
conectar periféricos a las entradas y salidas de un microcontrolador, y que puede 
ser programada tanto en Windows como macOS y GNU/Linux. Un proyecto que 
promueve la filosofía “learning by doing”, que viene a querer decir que la mejor 
manera de aprender es haciendo. 
 
2.2.2 Placa Arduino 
 
Arduino es una placa basada en un microcontrolador ATMEL. Los 
microcontroladores son circuitos integrados en los que se pueden grabar 
instrucciones, las cuales se escriben con el lenguaje de programación que se puede 
utilizar en el entorno Arduino IDE. Estas instrucciones permiten crear programas 
que interactúan con los circuitos de la placa. 
2.2.3 Tipos de placas Arduino 
 
Arduino es un proyecto y no un modelo concreto de placa, lo que quiere decir que 
compartiendo su diseño básico se puede encontrar diferentes tipos de placas. Las 
hay de varias formas, tamaños y colores para las necesidades del proyecto en el 
que se esté trabajando, las hay sencillas o con características mejoradas, Arduino 
orientados al Internet de las Cosas o la impresión 3D y, por supuesto, dependiendo 
de estas características se encontrará con todo tipo de precios. 
La enorme flexibilidad y el carácter libre y abierto de Arduino hacen que se pueda 
utilizar este tipo de placas prácticamente para cualquier cosa, desde relojes hasta 
 
11 
 
básculas conectadas, pasando por robots, persianas controladas por voz o una 
“vending machine” (máquina expendedora) 
 
 
 
 
 
NOMBRE PROCESADOR 
VOLTAJE DE 
OPERACIÓN 
/ ENTRADA 
VELOCIDAD 
CPU 
ENTRADAS / 
SALIDAS 
ANALÓGICAS 
ENTRADAS 
/ SALIDAS 
DIGITALES 
USB 
Uno ATmega328P 5 V / 7-12 V 16 MHz 6 / 0 14 / 6 Regular 
Leonardo ATmega328P 5 V / 7-12 V 16 MHz 12 / 0 20 / 7 Micro 
101 Intel Curie 3,3 V / 7-12 V 32 MHz 6 / 0 14 / 4 Regular 
Esplora ATmega32U4 5 V / 7-12 V 16 MHz Micro 
Zero ATSAMD21G18 3,3 V / 7-12 V 48 MHz 6 / 0 14 / 10 2 micro 
Mega 
2560 
ATmega2560 5 V / 7-12 V 16 MHz 16 / 0 54 / 15 Regular 
 
 
2.2.4 Arduino IDE 
 
Para empezar a programar la placa Arduino es necesario descargar un IDE 
(Integrated Development Environment). El IDE es un conjunto de herramientas de 
software que permiten a los programadores desarrollar y grabar todo el código 
necesario para hacer que la placa Arduino funcione como se desea. El IDE de 
Arduino permite escribir, depurar, editar y grabar el programa (llamados “sketches” 
Figura 4. Placas Arduino 
Fuente. Xataka. [Imagen]. Placas Arduino. [Consultado agosto de 2021]. Disponible en internet: 
https://www.xataka.com/makers/empezar-con-arduino-genuino-como-elegir-la-placa-modelos-compatibles-y-kits-de-iniciacion 
 
Tabla 2. Especificaciones y características de placas Arduino 
Fuente. Elaboración propia 
https://www.xataka.com/makers/empezar-con-arduino-genuino-como-elegir-la-placa-modelos-compatibles-y-kits-de-iniciacion
https://www.xataka.com/makers/empezar-con-arduino-genuino-como-elegir-la-placa-modelos-compatibles-y-kits-de-iniciacion
 
12 
 
en el mundo Arduino) de una manera sumamente sencilla, en gran parte a esto se 
debe el éxito de Arduino, a su accesibilidad. 
 
2.2.5 Placa Arduino mega 2560 
 
El Arduino Mega 2560 es una placa de microcontrolador basada en el ATmega2560. 
Tiene 54 pines de entrada / salida digital (de los cuales 15 se pueden usar como 
salidas PWM), 16 entradas analógicas, 4 UART (puertos serie de hardware), un 
oscilador de cristal de 16 MHz, una conexión USB, un conector de alimentación, un 
encabezado ICSP, y un botón de reinicio. Contiene todo lo necesario para soportar 
el microcontrolador; simplemente se conecta a una computadora con un cable USB 
o se enciende con un adaptador de CA a CC o una batería para comenzar. La placa 
Mega 2560 es compatible con la mayoría de los escudos diseñados para la Uno y 
las antiguas placas Duemilanove o Diecimila. 
 
 
 
 
 
 
2.3 SENSORES ARDUINO 
 
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, 
llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. 
Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo temperatura, intensidad 
lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, 
torsión, humedad, movimiento, pH, entre otros. 
Figura 5. Placa Arduino Mega 2560 
Fuente. Arduino. [Imagen]. Arduino MEGA 2560. [Consultado agosto de 2021]. Disponible en internet: 
https://arduino.cl/arduino-mega-2560/ 
 
 
https://arduino.cl/arduino-mega-2560/
 
13 
 
Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica, una capacidad eléctrica 
(como en un sensor de humedad o un sensor capacitivo), una tensión eléctrica 
(como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), entre 
otros. 
También hay otro tipo de dispositivos que no son sensores, sin embargo, entran en 
esta categoría ya que hacen parte del hardware libre de este desarrollador. Como 
son los motores eléctricos, relés, protoboard entre otros. Estos tres anteriores fueron 
fundamentales para el desarrollo del proyecto ya que, a partir de ellos, se pudo 
hacer un control del sistema más adecuado. 
 
2.3.1 Sensor de presión (transductor) industrial modelo HK1100c 
 
Los sensores de presión o transductores de presión son muy habituales en muchos 
procesos industriales. Su objetivo es transformar una magnitud física en una 
eléctrica, en este caso transforman una fuerza por unidad de superficie (presión) en 
un voltaje proporcional a la presión ejercida. 
El sensor de presión HK1100C trabaja en el rango de 0 a 1.2 MPa, un rango común 
para aplicaciones experimentales en neumática y sistemas de presión constante 
(agua, aceite, combustible). Elaborado en materiales de alta calidad, principalmente 
en acero inoxidable, siendo compatible con cualquier tipo de Microcontrolador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6. Sensor de presión 
Fuente. Cdtechnologia. [Imagen]. Sensor de presión industrial modelo HK1100C. [Consultado agosto de 
2021]. Disponible en internet: https://cdtechnologia.net/sensores/1031-sensor-de-presion-12mpa-174psi-
hk1100c-.html 
 
14 
 
 
Especificaciones y características del sensor de presión 
HK1100C 
Voltaje de trabajo 5 V DC 
Voltaje de salida 0,5 - 4,5 V DC 
Corriente de trabajo ≤ 10 mA 
Rango de presión de trabajo 0 - 1,2 Mpa 
Presión más grande 2,4 Mpa 
Destruye la presión 3,0 Mpa 
Temperatura de trabajo 0 - 85° C 
Error de medición ± 1,5% FSO 
Tiempo de respuesta ≤ 2.0 ms 
Rosca del sensor G 1/4 
Dimensiones 58 mm x 23 mm 
Cableado 
rojo +, negro -, salida 
amarrillo 
Fácil extracción, conexión de acero al carbono con más firmeza 
 
 
2.3.2 Sensor de temperatura (termopar) y módulo MAX6675 
 
Los sensores de temperatura son componentes eléctricos y electrónicos que, en 
calidad de sensores, permiten medir la temperatura mediante una señal eléctrica 
determinada. Dicha señal puede enviarse directamente o mediante el cambio de la 
resistencia. También se denominan sensores de calor o termo sensores. Un sensor 
de temperatura se usa, entre otras aplicaciones, para el control de circuitos. Los 
sensores de temperatura también se llaman sensores de calor, detectores de calor, 
sondas térmicas, termocuplas o termopares. 
El sensor necesita un módulo MAX6675 que convierte la señal de analógico a digital 
con Resolución de 12 bits con compensación final fría, corrección lineal y detección 
de línea rota de termopar. 
Sus aplicaciones son muy útiles para unidades de investigación científica, 
experimentos, desarrollo de prototipos, medición de temperatura, modificación de 
automóviles, aire acondicionado automotriz y refrigeradores. 
 
Tabla 3. Especificaciones y características del sensor de presión HK1100C 
Fuente. Elaboración propia 
 
15 
 
 
 
 
 
 
Especificaciones y características del 
sensor de temperatura MAX6675 
Rango de temperatura 0 - 800° C 
Tensión de trabajo 3 - 5,5 V 
Corriente de trabajo 50 Ma 
Cabeza de tornillo M6 
Compensación interna frio final 
Entrada diferencial de alta impedancia 
Salida de temperatura de puerto serie simple 
SPI. 
 
 
2.3.3 Celda de carga 20 Kg YZC-133 sensor de peso 
 
Los sensores de fuerza, o células de carga, son dispositivos que nos permiten 
obtener una señal eléctrica proporcional a la fuerza que se aplica sobre ellos. Estos 
transductores se presentan en múltiples formatos, ya que los requisitos mecánicos 
de los sistemas en los que se integran son también muy variados. 
Celda de Carga 20Kg YZC-133 sensor de peso, capaz de determinar qué tan 
pesado es un objeto, conocer si el peso de un objeto cambia con el tiempo, o si 
Figura 7. Sensor de temperatura 
Fuente. Ferretrónica. [Imagen]. Módulo / sensor de temperatura Termocupla MAX6675. [Consultado agosto 
de 2021]. Disponible en internet: https://ferretronica.com/products/sensor-de-temperatura-termocupla-
max6675k?_pos=4&_sid=481f8168b&_ss=r 
Tabla 4. Especificaciones y características del sensor de temperatura MAX6675 
Fuente. Elaboración propia 
https://ferretronica.com/products/sensor-de-temperatura-termocupla-max6675k?_pos=4&_sid=481f8168b&_ss=r
https://ferretronica.com/products/sensor-de-temperatura-termocupla-max6675k?_pos=4&_sid=481f8168b&_ss=r
 
16 
 
simplemente se necesita detectar la presencia de un objeto mediante la medición 
de la tensión o carga aplicada a una superficie. 
 
 
 
 
Especificaciones y características del sensor de carga YZC-133 
Voltaje de operación 3 - 12 V DC 
Salida de voltaje nominal 1,0 ± 0.1 5mV / V 
Impedancia de entrada 1115 Ω ± 10% 
Impedancia de salida 1000 Ω ± 10% 
Resistencia de aislamiento ≥ 1000 MΩ 
Rango de medida Max 20 kg 
Repetibilidad 0.03 % FS 
Efecto de la temperatura en la 
salida 
0.01% F.S / ° C 
Efecto de la temperatura sobre cero 0.05% F.S / ° C 
Cero ± 0.1000 mV / V 
Tasa Sobrecarga segura 150% FS 
Tasa de sobrecarga final 200% FS 
Rango de temperatura -20° C - 60° C 
Material Aleación de aluminio 
Dimensiones de la Celda de Carga 80 mm x 12,7 mm x 12,7 
Cableado 
rojo +, negro -, verde (señal) 
+, blanco (señal) - 
 
Figura 8. Sensor de carga 
Fuente. Ferretrónica. [Imagen].Celda de carga 20 Kg YZC–133 sensor de peso. [Consultado agosto de 
2021]. Disponible en internet: https://ferretronica.com/products/celda-de-carga-20kg-yzc-133-sensor-de-
peso?_pos=2&_sid=976d8d6f9&_ss=r 
Tabla 5. Especificaciones y características del sensor de carga YZC-133 
Fuente. Elaboración propia 
https://ferretronica.com/products/celda-de-carga-20kg-yzc-133-sensor-de-peso?_pos=2&_sid=976d8d6f9&_ss=r
https://ferretronica.com/products/celda-de-carga-20kg-yzc-133-sensor-de-peso?_pos=2&_sid=976d8d6f9&_ss=r17 
 
2.3.4 Electroválvula neumática 12 v ¼ in 
 
Las electroválvulas son dispositivos que responden a pulsos eléctricos. Gracias a la 
corriente que circula a través del solenoide es posible abrir o cerrar la válvula 
controlando, de esta forma, el flujo de fluidos. Al circular corriente por el solenoide 
se genera un campo magnético que atrae el núcleo móvil y al finalizar el efecto del 
campo magnético, el núcleo vuelve a su posición, en la mayoría de los casos, por 
efecto de un resorte (normalmente cerrado o abierto). 
Las electroválvulas son más fáciles de controlar mediante programas de software. 
Es ideal para la automatización industrial. Las electroválvulas se utilizan en gran 
número de sistemas y rubros industriales que manejan fluidos como el agua, el aire, 
el vapor, aceites livianos, gases neutros y otros. En particular, las electroválvulas 
suelen implementarse en lugares de difícil acceso ya que pueden ser accionadas 
por medio de acciones eléctricas. También son utilizadas en vacío o hasta en altas 
presiones y temperaturas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 9. Electroválvula 
Fuente. mercado libre. [Imagen]. Electroválvula neumática 12 V ¼ in. [Consultado agosto de 2021]. 
Disponible en internet: https://articulo.mercadolibre.com.co/MCO-482971537-electrovalvula-neumatica-12v-
14-pulgada-_JM?matt_tool=99279475&matt_word=&matt_source=google&matt_campaign_id 
 
18 
 
 
Especificaciones y características de la 
electroválvula 
Tipo de válvula 
2 vías normalmente 
cerrada 
Tamaño de puerto 1/4 in puerto hembra 
Voltaje de la bobina 12 V DC 
Fluidos manejados aire, gas y agua 
Tipo de operación actuación directa 
Modelo de flujo Unidireccional 
Caudal 0,23 Cv 
Tiempo de respuesta > 50 ms 
Presión de 
funcionamiento 
0 - 0,8 MPa 
Temperatura de trabajo -10° C - 80° C 
Potencia de bobina 6,5 W 
Dimensiones 
30 mm x 22 mm x 61,3 
mm 
Material Aluminio 
Material del embolo y 
resorte 
Acero inoxidable 
 
 
2.3.5 Relé de estado sólido ssr-25da 
 
El relé de estado sólido permite controlar cargas de alto consumo de corriente AC 
por medio de pequeños voltajes en DC. Los relés de estado sólido tienen grandes 
ventajas respecto a los mecánicos como un nivel mucho más bajo de voltaje para 
la activación de la carga y una corriente de sostenimiento más pequeña de la mano 
con una conmutación más rápida y una vida útil de funcionamiento más prolongada 
sin fallos al no tener piezas mecánicas. 
 
 
 
 
 
Tabla 6. Especificaciones y características de la electroválvula 
Fuente. Elaboración propia 
 
19 
 
 
 
 
 
Especificaciones y características del relé de estado solido 
Corriente máxima 25 a 
Voltaje de carga 24 V - 380 V AC 
Voltaje de control 3 V - 32 V DC 
Fluidos manejados ON<10 ms OFF<10 ms 
Tiempo de respuesta 50 M / 500 V DC 
 
Este relevo soporta corrientes de carga de hasta 25 Amperios y el control se hace 
mediante un voltaje de 3-32VDC. Cada terminal este acoplado a un tornillo de 
fijación. 
 
2.3.6 Modulo relé de dos canales 
 
Tarjeta de relés opto acoplada, incluye 2 canales para ser controlados en forma 
remota. Ideal para controlar dispositivos en el hogar o en la industria. Cada canal 
es controlado por una entrada TTL, la cual puede ser fácilmente controlada por un 
microcontrolador o Arduino. Esta placa requiere de una alimentación de 5 V. 
 
 
 
 
Tabla 7. Especificaciones y características del relé SSR-25DA 
Fuente. Elaboración propia 
Figura 9. Relé de estado sólido SSR-25DA 
Fuente. sigmaelectronica. [Imagen]. SSR-25DA [Consultado agosto de 2021]. Disponible en internet: 
https://www.sigmaelectronica.net/producto/ssr-25da/ 
https://www.sigmaelectronica.net/producto/ssr-25da/
 
20 
 
 
 
 
 
Especificaciones y características del relé de dos 
canales 
Voltaje de bobina 5 V DC 
Corriente de funcionamiento 15 mA - 20 mA 
Peso 34 gramos 
2 canales independientes protegidos con optoacopladores 
2 relés de 1 polo y 2 tiros 
Terminales de conexión de tornillo 
Terminales de entrada de señal lógica con headers macho 
 
2.3.7 Protoboard 
 
Una Protoboard o breadboard es una tabla rectangular de plástico con un montón 
de pequeños agujeros en ella. Estos agujeros permiten insertar fácilmente 
componentes electrónicos para hacer un prototipo, es decir, construir y probar una 
versión temprana de un circuito electrónico, como por ejemplo con una batería, un 
interruptor, una resistencia y un LED (diodo emisor de luz). 
Es una herramienta simple que se utiliza para conectar fácilmente los componentes 
eléctricos y los cables entre sí. Sólo ciertos tipos de componentes y cables son 
aplicables para el uso de la protoboard. Siempre que los componentes tengan 
pasadores con agujeros pasantes (a diferencia del montaje en superficie), 
probablemente sean aplicables para las protoboard. 
 
Figura 10. Relé de 2 canales 
Fuente. MACTRONICA. [Imagen]. Modulo relé de 2 canales. [Consultado agosto de 2021]. Disponible en internet: 
https://www.mactronica.com.co/modulo-rele-de-2-canales 
Tabla 8. Especificaciones y características del relé de dos canales 
Fuente. Elaboración propia 
https://www.mactronica.com.co/modulo-rele-de-2-canales
 
21 
 
 
 
 
 
2.4 LABVIEW 
 
LabVIEW es un software de ingeniería de sistemas para aplicaciones que requieren 
pruebas, medidas y control con acceso rápido a hardware e información de datos. 
LabVIEW ofrece un enfoque de programación gráfica que le ayuda a visualizar cada 
aspecto de su aplicación, incluyendo configuración del hardware, datos de medidas 
y depuración. Esta visualización simplifica la integración del hardware de medidas 
de cualquier proveedor, representa una lógica compleja en el diagrama, desarrolla 
algoritmos de análisis de datos y diseña interfaces de usuario de ingeniería 
personalizadas. 
LabVIEW puede medir sistemas físicos con sensores y actuadores, validar o 
verificar diseños electrónicos, desarrollar sistemas de pruebas de producción y 
diseñar máquinas inteligentes o equipo industrial; lo cual hace a este software la 
plataforma ideal para tipos de proyectos como los del presente trabajo debido a su 
control en los sensores y sus diseños electrónicos. 
 
2.5 MICROSOFT TEAMS 
 
Microsoft Teams es una plataforma unificada de comunicación y colaboración que 
combina chat persistente en el lugar de trabajo, reuniones de video, 
almacenamiento de archivos (incluida la colaboración en archivos) e integración de 
aplicaciones, además, ayuda a formar equipos de trabajo y colaborar en la misma 
plataforma, permitiendo la edición simultánea de archivos, el acceso remoto, la 
interacción con “me gusta” y menciones, la creación de notas, el envío de 
Figura 11. Protoboard 
Fuente. DescubreArduino.com. [Imagen]. Protoboard, ¿qué es y cómo se usa? [Consultado agosto de 
2021]. Disponible en internet: https://descubrearduino.com/protoboard/ 
https://descubrearduino.com/protoboard/
 
22 
 
respuestas y la vinculación de páginas web. La experiencia en la plataforma es 
personalizable gracias a la integración de aplicaciones. 
Microsoft Teams es una herramienta que puede usarse en el ámbito educativo para 
las diferentes modalidades de enseñanza, es decir, tanto en educación presencial, 
como en educación semipresencial o en educación en línea. Permite organizar 
reuniones y colaborar desde cualquier lugar y en cualquier momento, favoreciendo 
la flexibilidad y la organización de cada estudiante. También permite trabajar los 
materiales de forma sincrónica y/o asincrónica, facilitando que, aunque se haya 
asistido a la clase presencial o a la clase virtual, los estudiantes igualmente puedan 
visualizar los contenidos. 
 
3. METODOLOGÍA 
 
3.1.MODELO MATEMÁTICO PARA EL LABORATORIO 
 
Se construyó un ejemplo a partir del ejercicio 5-120 del libro de termodinámica de 
Cengel (novena edición), esto con el fin de identificar las variablesa controlar dentro 
del proyecto e identificar su construcción. También, servirá como ejemplo para 
solucionar los distintos problemas que puedan surgir a partir de los valores que 
arroje el calderín. 
Un calderín con un volumen de agua de 0.75 L se le agrega calor durante 5 minutos 
y 54 segundos, al llegar a este punto se abre la válvula. Calcule la masa de salida 
y el calor en forma de potencia. 
Para la solución de este ejercicio se entiende que es un sistema cerrado, sin trabajo, 
con fronteras rígidas y en equilibrio. 
Para hallar la masa inicial se usan los valores de vf y vg que están dentro de la 
campana de saturación liquido-vapor. 
 
P (Kpa) 
vf 
(m^3/Kg) 
vg 
(m^3/Kg) 
hf (KJ/Kg) hg (KJ/Kg) 
5 0,001005 28.09 137.77 2560.5 
50 0,001030 3.239 340.55 2645.3 
101.325 0,001043 1.6720 419.17 2675.7 
 
 
Tabla 9. Estados termodinámicos a partir de la tabla de saturación liquido-vapor A.6.2 
Fuente. Elaboración propia 
 
23 
 
𝒎𝟏 = 𝒎𝒇 + 𝒎𝒈 =
𝑽𝒇
𝒗𝒇
+
𝑽𝒈
𝒗𝒈
=
𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟕𝟓𝒎𝟑
𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟎𝟒𝟑
𝒎𝟑
𝑲𝒈
+
𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟕𝟓𝒎𝟑
𝟏. 𝟔𝟕𝟐𝟎
𝒎𝟑
𝑲𝒈
= 𝟎. 𝟕𝟏𝟗𝟓𝟐𝟖𝟏𝟒𝟐𝟕𝑲𝒈 
Seguidamente se halla la masa dos a partir del volumen y el volumen específico: 
𝒎𝟐 =
𝑽
𝒗𝟐
=
𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟕𝟓𝒎𝟑
𝟏. 𝟔𝟕𝟐𝟎
𝒎𝟑
𝑲𝒈
= 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟒𝟏𝟖𝟔𝟔𝟎𝟐𝟖𝑲𝒈 
De igual forma se halla la masa que queda dentro del sistema: 
𝒎𝒆 = 𝒎𝟏 − 𝒎𝟐 = 𝟎. 𝟕𝟏𝟗𝟓𝟐𝟖𝟏𝟒𝟐𝟕𝑲𝒈 − 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟒𝟏𝟖𝟔𝟔𝟎𝟐𝟖𝑲𝒈 = 𝟎. 𝟕𝟏𝟗𝟏𝟎𝟗𝟒𝟖𝟐𝟒𝟒𝑲𝒈 
Para hallar el calor de la masa se necesita hallar los valores de μ: 
𝝁𝟐 = 𝒉𝒈 − 𝑷𝟏 ∗ 𝒗𝒈 = 𝟐𝟔𝟕𝟓. 𝟕
𝑲𝑱
𝑲𝒈
− (𝟏𝟎𝟏. 𝟑𝟐𝟓𝑲𝑷𝒂 ∗ 𝟏. 𝟔𝟕𝟐𝟎
𝒎𝟑
𝑲𝒈
) = 𝟐𝟓𝟎𝟔. 𝟐𝟖𝟒𝟔𝑲𝑱 
𝝁𝟏 = 𝒉𝒇 − 𝑷𝟏 ∗ 𝒗𝒇 = 𝟒𝟏𝟗. 𝟏𝟕
𝑲𝑱
𝑲𝒈
− (𝟏𝟎𝟏. 𝟑𝟐𝟓𝑲𝑷𝒂 ∗ 𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟎𝟒𝟑
𝒎𝟑
𝑲𝒈
) = 𝟒𝟏𝟗. 𝟎𝟔𝟒𝟑𝑲𝑱 
Se halla el calor de la masa y se asume que ℎ𝑔 y ℎ𝑒 son iguales: 
𝑸𝒎 = 𝒎𝒆 ∗ 𝒉𝒆 + 𝒎𝟐 ∗ 𝝁𝟐 − 𝒎𝟏 ∗ 𝝁𝟏 
𝑸𝒎 = (𝟎. 𝟕𝟏𝟗𝟏𝟎𝟗𝟒𝟖𝟐𝑲𝒈 ∗ 𝟐𝟔𝟕𝟓. 𝟕
𝑲𝑱
𝑲𝒈
) + (𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟒𝟏𝟖𝟔𝟎𝟐𝟖𝑲𝒈 ∗ 𝟐𝟓𝟎𝟔. 𝟐𝟖𝟒𝟔
𝑲𝑱
𝑲𝒈
)
− (𝟎. 𝟕𝟏𝟗𝟓𝟐𝟖𝟏𝟒𝟐𝟕𝑲𝒈 ∗ 𝟒𝟏𝟗. 𝟎𝟔𝟒𝟑
𝑲𝑱
𝑲𝒈
) = 𝟏𝟔𝟐𝟑. 𝟔𝟒𝟏𝟗𝟓𝟑𝑲𝑱 
Para hallar el valor del calor trasferido en forma de potencia se pasa la unidad de 
medida de minutos a segundos: 
𝟓𝒎𝒊𝒏 ∗
𝟔𝟎𝒔
𝟏𝒎𝒊𝒏
+ 𝟓𝟒𝒔 = 𝟑𝟓𝟒𝒔 
Finalmente se halla el valor del calor transferido: 
�̇� =
𝑸𝒎
𝒕
=
𝟏𝟔𝟐𝟑. 𝟔𝟒𝟏𝟗𝟓𝟑𝑲𝑱
𝟑𝟓𝟒𝒔
= 𝟒. 𝟓𝟗𝟔𝟓𝟓𝟗𝑲𝑾 = 𝟒𝟓𝟗𝟔. 𝟓𝟓𝟗𝑾 
𝟏. 𝟖𝟕𝟖𝟕𝟓𝟑𝟒𝟎𝑲𝑾 = 𝟏𝟖𝟕𝟖. 𝟕𝟓𝟑𝟒𝑾 
 
24 
 
3.2.DISEÑO DEL SISTEMA DEL CONTROL Y VISUALIZACIÓN 
 
Se plantea una estructura para el diseño del sistema de control del generador de 
vapor, que faculte la compresión del procedimiento para la elaboración de todo el 
laboratorio programado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2.1.Adquisición de datos 
 
La adquisición de datos o señales es un proceso mediante el cual fenómenos físicos 
del mundo real (sistema analógico) son transformados en señales eléctricas. Estas 
señales son medidas y convertidas en formato digital (conversión analógica-digital) 
para su procesamiento, análisis y almacenamiento. 
Para realizar dicha tarea de adquisición de datos se cuenta con tres sensores, dos 
con salidas analógicas (sensor de presión y sensor de carga) y uno con salida digital 
(sensor de temperatura), los cuales hacen una conexión entre el mundo real y el 
sistema de adquisición, funcionando como elementos de censado que responden 
directamente a la cantidad física que se quiere medir. 
A continuación, se da una explicación del funcionamiento de cada sensor y su modo 
de adquirir las señales. 
 
ADQUISICIÓN 
DE DATOS 
1. Sensor de 
presión 
2. Sensor de 
temperatura 
3. Sensor de 
carga 
RECEPCIÓN DE 
DATOS 
Placa Arduino 
SALIDA DE 
COMANDOS 
1.Relé para 
activación de 
caldera 
2. Electroválvula 
PROCESAMIENTO 
Y CONTROL DE 
DATOS 
Arduino 
(IDE) 
INTERFAZ 
GRÁFICA 
LabVIEW 
ACCESO 
REMOTO 
Microsoft 
teams 
Figura 12. Diseño del sistema del control y visualización 
 
Fuente. Elaboración propia 
 
25 
 
3.2.1.1.Sensor de presión 
 
El sensor de presión industrial modelo HK1100C utilizado para este proyecto, faculta 
visualizar la variación de la presion dentro del generador de vapor, dicho sensor, 
cuenta con una salida en voltaje analógico que cambia linealmente desde 0.5V para 
0 MPa, hasta 4.5V para 1.2 MPa. Esta salida analógica es compatible con las 
entradas analógicas (ADC) de Arduino. 
 Dado que, el voltaje de salida se da de forma lineal, la representación más 
adecuada se entiende por la siguiente ecuación ordinaria de la recta que comprende 
la variación del voltaje de salida conforme a los valores de presión obtenidos. 
 𝑉𝑐𝑐 = 5.0𝑉𝐷𝐶 𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑐𝑐(0.75 ∗ 𝑃 + 0.1) 
 
 
 
3.2.1.2.Sensor de temperatura 
 
El termopar tipo k, permite tomar los valores de temperatura y sus variaciones que 
se encuentran dentro del sistema; una vez que la temperatura cambia en la unión 
cálida en relación con la unión fría, crea un cambio en el voltaje a través de un 
circuito, siendo la respuesta a la medida que ha adquirido, sin embargo, el termopar 
no puede conectarse fácilmente al ADC de un microcontrolador, ya que la señal que 
genera es muy pequeña, por lo tanto, es necesario utilizar un módulo que 
amplifique, compense y convierta de analógico al digital el voltaje generado por la 
termocupla, en este caso se hace uso del módulo MAX6675. 
0
1
2
3
4
5
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
V
o
u
t(
V
D
C
)
P(MPa)
Recta de salida
Figura 13. Recta de salida(sensor de presión) 
Fuente. Elaboración propia 
 
26 
 
El módulo MAX6675 realiza la compensación y linealización de la respuesta del 
sensor con un ADC, el voltaje de alimentación para el módulo va desde 3.0 a 5.5 
VCD. 
Cabe resaltar que el equipo de trabajo no tiene los conocimientos muy detallados 
sobre Arduino y sobre los sensores con los que cuenta, los dos sensores anteriores 
están sobredimensionados porque la caldera va a llegar hasta una presión de 
alrededor de 100 KPa y una temperatura cercana a los 100° C, es decir se usará la 
capacidad de los sensores menores al 15%. 
3.2.1.3.Sensor de carga 
 
Hay un valor relevante a medir y es la cantidad de vapor que sale, ya que a partir 
del ejercicio matemático se identificó que, para hallar valores importantes, como el 
calor en forma de potencia, se necesita saber cuánta masa hay dentro del sistema 
y cuanta sale. En principio se iba a usar un caudalímetro, sin embargo, hubo una 
limitante grande y es que la mayoría de estos eran en plástico y tienen un rango de 
temperatura bajo para la necesidad del proyecto. Entonces, se decidió usar un 
sensor de masa. La idea principal es tener una cantidad de masa con la caldera y 
el agua, y al aumentar la energía interna del agua esta saldría en forma de vapor al 
cabo de un tiempo, esta masa que sale se evidenciaría en los valores que arroje el 
sensor ya que sería menor al valor inicial; este valor es conocido como flujo másico 
porque es el valor de masa que sale con respecto a un tiempo. 
La celda de carga de 20kg al igual que el termopar tipo k, no se puede conectar 
directamente al ADC por su pequeña señal o dato trasmitido, por consecuencia, se 
debe hacer uso de un módulo transmisor, en este caso el módulo HX711 que 
permita amplificar la señal dada por la celda y se pueda transferir a Arduino. 
El chip HX711 posee internamente la electrónica de acondicionamiento y 
conversión analógico/digital para la lectura del puente de Wheatstone formado por 
la celda de carga. La comunicación se realiza a través de un protocolo de tipo serial 
por medio de dos pines (DT y SCK). 
 
3.2.2.Recepción de datos 
 
La recepción de datos es la acción de admitir y/o tomar las señales entrantes desde 
algún medio, dispositivo o ambiente. Paraeste proyecto, la actividad de recibir los 
datos se hace a través de la placa Arduino Mega 2560, siendo la herramienta 
 
27 
 
encarga de tomar las señales que han adquirido los sensores mencionados en el 
punto anterior. La placa Arduino, como recepción de datos está conectada mediante 
comunicación serial al computador, recopilando los datos enviados por los sensores 
tanto analógicos como digitales. 
El Arduino Mega 2560 es probablemente el microcontrolador más capaz de la 
familia Arduino, Tiene 54 pines de entrada/salida digital de los cuales 15 pueden ser 
usados como salidas PWM (pulse width modulation), 16 entradas analógicas, 4 
UARTs (puertos seriales de hardware). Además, esta placa tiene un número de 
facilidades para comunicarse con un ordenador, otro Arduino, u otros 
microcontroladores. 
Ahora bien, conociendo los sensores analógicos y digitales empleados para el 
laboratorio, se conectan sus salidas a la placa Arduino mega 2560 de la siguiente 
forma: 
1. En primer lugar, el sensor de presión cuenta con tres cables que son: rojo 
para alimentación (5V), negro para tierra (0V) y el cable amarillo para la salida 
de datos hacia Arduino. En este caso, el sensor de presión se une a la salida 
analógica A8 de la placa, y los cables de alimentación y tierra se conectan a 
los pines de la protoboard que le brindan lo mencionado. 
2. Para el sensor de carga o celda de carga, se debe hacer uso del módulo 
transmisor HX711 para que las señales lleguen de forma adecuada al 
Arduino. El sensor de carga cuenta con cuatro cables de salida los cuales 
son: rojo para la entrada al módulo E+, negro para la entrada al módulo E-, 
blanco para la entrada al módulo A-y el cable verde que da por cumplido el 
puente de Wheatstone a la entrada del módulo A+. Asimismo, las salidas del 
chip HX711 son cuatro que se organizan así: cable negro para GND(tierra), 
cable morado para el pin DT, que se conecta a la entrada analógica del 
Arduino A1,cable azul para el pin de salida SCK que se une al Arduino por la 
entrada analógica A0 y por último el cable rojo como alimentación VCC que 
se conecta a la protoboard junto al cable de GND. 
3. Finalmente, el sensor de temperatura o termopar tipo K, se debe conectar en 
primera instancia al módulo amplificador MAX6675 de la siguiente manera: 
el cable rojo en la salida del termopar, en este proceso es el terminal positivo, 
y el cable azul en la salida del termopar es el terminal negativo, dichos cables 
deben ir al módulo MAX6675 en la entrada; la salida del módulo consta de 5 
pines los cuales son: el pin SO con el cable de color azul para la 
comunicación va a la entrada digital de la placa 22, el cable naranja para la 
 
28 
 
salida del módulo CS se une a la entrada digital 24, el cable verde de la salida 
del módulo SCK va a la entrada digital 26, y las salidas VCC y GND con los 
cables rojo y negro se enlazan a la protoboard respectivamente. 
 
 
 
 
Numero de elemento Nombre del elemento 
1 Termocupla tipo k 
2 Módulo MAX6675 
3 Sensor de presión 
4 Tarjeta Arduino 
5 Módulo HX711 
6 Sensor de carga 
7 Protoboard 
 
 
3.2.3.Salida de comandos 
 
Teniendo en cuenta la información presentada en el punto anterior, Arduino funciona 
como receptor de datos de señales entrantes, no obstante, se encarga por otra parte 
de enviar orden e instrucciones a algún dispositivo en específico, en este caso, 
Figura 14. Conexión de los sensores a la placa Arduino mega 2560 
Fuente. Elaboración propia 
Fuente. Elaboración propia 
Tabla 10. Numeración de los elementos en la conexión de los sensores a la placa Arduino mega 2560 
 
29 
 
envía comandos de salida a los dos relés que hacen parte del funcionamiento de la 
caldera. 
El primer relé, siendo un relé de estado sólido(40A SSR-40) es el encargado de 
encender el generador de vapor en el momento que se requiera, es decir, funciona 
como un interruptor controlado. Esta herramienta puede funcionar con una corriente 
de carga de hasta 40A, y se activa con solo 3V de tensión de trabajo. Dado que, la 
caldera funciona con una corriente de carga alta se selecciona el relé de estado 
sólido como el instrumento más viable para que funcione correctamente dicha 
caldera. 
El generador de vapor está conectado a una señal de 110V, y a su vez al relé de 
estado sólido para que permita el encendido. Por esta razón, se debe tener en 
cuenta que el relé 40A SSR-40 tiene 4 puntos o pines para su cableado: el pin 1 es 
el adecuado para conectar el cable activo del enchufe a la caldera, el pin 2 se une 
a la caldera directamente, el pin 3 va conectado a una entrada digital de la placa 
Arduino, en este caso, la entrada digital 50 y, por último, el pin 4 funciona como 
GND (tierra) en el encendido del generador de vapor. 
 
 
 
 
Número del elemento Nombre del elemento 
1 Generador de vapor 
2 Relé de estado sol 
3 Protoboard 
4 Placa de Arduino 
5 Fuente de alimentación 
 
Figura 15. Conexión del generador de vapor a la placa Arduino mega 2560 
Fuente. Elaboración propia 
Fuente. Elaboración propia 
Tabla 11. Numeración de los elementos en la conexión del generador de vapor a la placa Arduino mega 
2560 
 
30 
 
El segundo es un módulo relé de dos canales y se encarga de activar (abrir) la 
electroválvula para que el vapor pueda salir sin ninguna dificultad en un momento 
indicado. Este módulo relé trabaja con 5V y funciona con una corriente máxima de 
10A cuando es normalmente abierta(NO) o 5A cuando es normalmente 
cerrada(NC). 
La electroválvula seleccionada trabaja con una corriente máxima de 540mA y una 
tensión de trabajo de 12V DC, por lo que es necesario conectarla a una fuente de 
energía y a un relé que cubra dichas características. Esta electroválvula es 
normalmente cerrada, por lo tanto, su conexión al relé se debe cumplir: el cable 
GND (color negro) de salida de la electroválvula se debe conectar directamente al 
GND de la fuente de energía o enchufe, el cable rojo que sale de la fuente de 
energía se une al punto común que, para este proyecto es en el segundo canal 
(COM2), y finalmente el cable rojo de la electroválvula se enlaza a uno de los dos 
extremos NO y/o NC del relé, en este caso, NC2. 
Por otra parte, los pines de entrada del relé son tres: tierra(GND) que se conecta a 
la protoboard, voltaje de entrada (VCC) se identifica con el cable rojo que se une a 
la protoboard, y la señal de activación (IN2) que va al pin digital 40 de la placa 
Arduino. 
 
 
 
 
 
 
Figura 16. Conexión de la electroválvula a la placa Arduino mega 2560 
Fuente. Elaboración propia 
 
31 
 
 
Número del elemento Nombre del elemento 
1 Electroválvula 
2 Fuente de alimentación 
3 Relé de dos canales 
4 Placa de Arduino 
5 Protoboard 
 
 
En resumen, la conexión de los tres sensores y de los dos relés al Arduino queda 
de la siguiente forma. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 17. Conexión sensores y relés a la placa Arduino mega 2560 
Fuente. Elaboración propia 
Fuente. Elaboración propia 
Tabla 12. Numeración de los elementos en la conexión de la electroválvula a la placa Arduino mega 2560 
 
 
32 
 
 
Color del cable Significado del cable 
Rojo Alimentación (5v) 
Negro Tierra (GND) 
Rojo vino Conexión a fuente de alimentación 
Naranja Conexión relé estado sólido a 
Arduino 
Verde Complemento puente de 
Wheatstone a modulo HX711 
Blanco Complemento puente de 
Wheatstone a modulo HX711 
Morado Comunicación de datos de modulo 
HX711 a Arduino 
Azul Comunicación de datos de modulo 
HX711 a Arduino 
Amarillo Comunicación de datos de presión 
Cobre Comandos enviados al relé 
Verde fluorescente Comunicación de datos de modulo 
MAX6675 a Arduino 
Rosado Comunicación de datos de modulo 
MAX6675 a Arduino 
Azul claro Comunicación de datos de modulo 
MAX6675 a Arduino 
 
 
3.2.4.Procesamiento y control de datos 
 
El procesamiento de datos se producecuando se recaban datos y se traducen a 
información utilizable. El procesamiento empieza con datos en su forma en bruto y 
los convierte a un formato más legible, dándoles la forma y el contexto necesario, 
accediendo a su correcta interpretación. Mientras que, el control de datos permite 
controlar y clasificar la información de entrada y salida. 
Es claro que, un objetivo específico de este proyecto busca determinar un sistema 
de control para el correcto funcionamiento del generador de vapor, teniendo en 
cuenta que la adquisición de datos por parte de los sensores y la recepción de 
Tabla 13. Identificación de cables en la conexión general a la placa Arduino mega 2560 
Fuente. Elaboración propia 
 
33 
 
dichos datos por la placa Arduino necesitan de un procesamiento y control que 
faculte la observación de los datos obtenidos, se hace uso de Arduino IDE como 
herramienta de programación que permite al grupo de trabajo para este proyecto 
crear, desarrollar y grabar un código que se encarga de validar, analizar y convertir 
los valores obtenidos por los sensores a una visualización e interacción más 
sencilla. 
En primera instancia, para poder utilizar el conjunto de herramientas de software de 
Arduino IDE, es imprescindible instalar los drivers respectivos. Los drivers son 
controladores que se deben poner en el computador para que esta reconozca que 
tipo de dispositivo es y cómo comunicarse con dicho dispositivo; tanto el software 
Arduino IDE como sus drivers se pueden descargar directamente de la página oficial 
de Arduino. 
Para verificar la correcta conexión de la placa Arduino al computador, y que el 
software Arduino IDE reconozca la placa Arduino mega 2560, se realiza los 
siguientes pasos: 
1. Entrar al software Arduino IDE, y dirigirse a la opción de herramientas. 
2. En herramientas, ir a la opción puerto. 
3. En la opción puerto aparecen los puertos del computador que en el momento 
están conectados, se selecciona el puerto donde está la placa Arduino. 
 
 
 Seguidamente, se deben descargar las librerías necesarias para los sensores que 
lo requieren, en este aspecto, como el sensor de presión es lineal no cuenta con 
una librería que defina su código para su funcionamiento, mientras que los sensores 
de carga y temperatura requieren de librerías para sus módulos el HX711 y el 
Fuente. Elaboración propia 
Figura 18. Conexión de la placa Arduino mega 2560 al software Arduino IDE 
 
34 
 
MAX6675 respectivamente. La forma adecuada de buscar las librerías en el 
software Arduino IDE es de la manera: 
1. Dirigirse a la opción programa dentro del archivo en Arduino IDE. 
2. En programa, ir a la opción incluir librería. 
3. En incluir librería, ir a la opción administrar bibliotecas. 
4. En la opción administrar bibliotecas, digitar el nombre de la librería requerida 
(HX711 y MAX6675), luego dar instalar. 
 
 
 
Se aclara que, el código dentro de Arduino IDE consta de dos partes: Void setup el 
cual es una función que se crea en la parte superior de cada programa, dentro de 
las llaves está el código que desea ejecutar una vez tan pronto como el programa 
comience a ejecutarse; y Void loop es otra función que usa Arduino como parte de 
su estructura, el código dentro de la función de loop se repite una y otra vez mientras 
la placa está encendida. 
3.2.4.1.Código en Arduino IDE para sensor de presión 
 
El sensor de presión HK1100C, como se mencionó anteriormente tiene una salida 
de voltaje analógico que cambia linealmente, por lo que su código es sencillo de 
realizar. Teniendo en cuenta que, los pines analógicos de entrada en Arduino tienen 
una resolución, que generalmente será de 0 a 1024 (10 bits), el sensor de presión 
da sus valores en este rango, de tal modo, para 5V de entrada al Arduino el valor 
es de 1024; obtener el valor del voltaje del sensor se hace la siguiente formula: 
Figura 19. Incluir librerías en Arduino IDE 
Fuente. Elaboración propia 
 
35 
 
𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 =
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 ∗ 5,0
1024,0
 
Luego de tener el voltaje que ha enviado el sensor de presión, se traduce dicho 
voltaje a pascales y así a otras unidades, por ejemplo, bares y Psi. 
Por otro lado, en los ejemplos de códigos de Arduino que se encuentran en distintas 
plataformas, se utiliza comúnmente la función ‘delay’ que hace que el procesador 
espere o se pause a cierta señal, esta es una función de bloqueo, lo que significa 
que impide que un programa haga algo más hasta que esa tarea haya sido 
completada, es decir, que al usar delay() no se puede ejecutar ninguna otra tarea 
durante el tiempo que se haya especificado. Por ende, dicha función no es practica 
en los códigos para este laboratorio, ya que se va a ejecutar al tiempo el código de 
cada sensor. 
Por esta razón, se hace uso de la función ‘millis’ la cual devuelve el número de 
milisegundos que han pasado desde que la placa Arduino ha empezado a ejecutar 
el programa actual, por lo que faculta que se realicen varios códigos o varias tareas 
a la vez. 
 
 
 
 
 
Figura 20. Código en Arduino IDE para sensor de presión 
Fuente. Elaboración propia 
 
36 
 
3.2.4.2.Código en Arduino IDE para sensor de carga 
 
Para el sensor de carga, se conoce que debe estar debidamente conectado al 
módulo transmisor HX711 al cual se debe tener instalada su librería adecuada. 
Luego, se debe de calibrar el sensor, que es básicamente hallar el valor de la escala 
que se usará; es decir, hallar el factor de conversión para convertir el valor de lectura 
en un valor con unidades de peso. 
En primer lugar, se necesita conseguir un objeto con peso conocido, en otras 
palabras, que esta medida no cambiara con el tiempo. El inconveniente es que 
conseguir una balanza con una precisión de ese nivel era difícil, no obstante, uno 
de los integrantes trabaja en una planta que cuenta con un laboratorio de calidad, 
se usó una balanza certificada por el ICONTEC para pesar un elemento que pudiera 
usarse en la calibración el cual fue una gaseosa en botella de vidrio perfectamente 
sellada que arrojo un valor de 672.4 gramos. 
 
 
 
Seguidamente, se debe ejecutar el primer código en Arduino IDE, el programa debe 
correr sin el peso colocado, pues al inicio de programa calcula la tara. Después de 
abrir el monitor serial y esperar para que reste la tara, Se pone el objeto con el que 
estén trabajando. 
 
 
 
Figura 21. Elemento pesado para la calibración del sensor de carga 
Fuente. Elaboración propia 
 
37 
 
 
 
Después de poner el peso en la balanza, en el monitor serial se mostrarán las 
lecturas del peso, son lecturas sin escalar, por lo que deben aparecer números 
grandes. Con el promedio de estos datos se calcula el valor de la escala que se 
usara, haciendo uso de la siguiente formula: 
𝐸𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎 =
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙
 
75900.51
672.4
= 112.88 
El dato anterior obtenido, se utiliza en el siguiente código del sensor de carga. 
 
 
Figura 22. Código de calibración en Arduino IDE para el sensor de carga 
Fuente. Elaboración propia 
Figura 23. Código en Arduino IDE para el sensor de carga 
Fuente. Elaboración propia 
 
38 
 
 
 
3.2.4.3.Código en Arduino IDE para sensor de temperatura 
 
La termocupla tipo K que se encarga de recibir los datos de temperatura, debe ir 
conectada correctamente al módulo amplificador MAX6675 como se expuso 
anteriormente. Hacer uso de un código para el funcionamiento de este sensor es 
fácil, dado que en la librería del módulo MAX6675 está el ejemplo que permite el 
procesamiento de los datos o señales adquiridas, con tal ejemplo de la librería, solo 
se debe verificar los pines donde están conectadas las salidas del módulo a la placa 
Arduino y cambiar la función delay por la función millis. 
 
 
 
 
Este ejemplo permite observar la lectura de los datos de temperatura en grado 
Celsius (C) y en grados Fahrenheit(F). 
 
 
 
Figura 24. Ejemplo de la librería MAX6675 para el código en Arduino IDE 
Fuente. Elaboración propia 
 
39 
 
 
 
 
3.2.4.4.Código en Arduino IDE para encendido del generador de vapor y 
activación de la electroválvula 
 
Para el encendido de la caldera con la ayuda del relé de estado sólido y la activación 
de la electroválvula con el relé de dos canales, se emplea un código básico en 
Arduino IDE, en el cual solo se hace uso de las constantes high y low 
respectivamente, dichas constantes definen los niveles de salida altos (encendido) 
o bajos (apagado) y se utilizan para la lectura o la escritura digital. Sin embargo, se 
debe tener en cuenta que los datos controlados por Arduino IDE se podrán observar 
a través de la interfaz gráfica en LabVIEW, por lo tanto, el código en el software 
Arduino IDE lo debe comprender LabVIEW para su correcta visualización. 
En primer lugar, se define la variable char, que se refiere a un tipo de datos que 
ocupa 1 byte de memoria y almacena el valor de un carácter. Luego, se convierte 
tal dato a string, es decir, se cambia a un tipo de dato que es usado para guardar 
cadenas de caracteres. Para transformar un char a string se hace uso de la función 
String; esta función toma una variable como entrada y devuelve un objeto string. 
Se aclara que, para dar órdenes de salida desde LabVIEW, el código debe contar 
con un condicional que permita describir una variable de encendido y una variable 
de apagado, por ejemplo, si la variable que se está leyendo en el momento es ‘a’ 
debe encender el dispositivo, pero si la variable de lectura es cualquier carácter 
diferente de ‘a’ el dispositivo estará apagado. 
Fuente. Elaboración propia 
Figura 25. Código en Arduino IDE para el sensor de temperatura 
 
40 
 
 
 
 
3.2.4.5. Código conjunto en Arduino IDE 
 
Teniendo en cuenta la explicación de los códigos individuales de los sensores y 
relés, la unión de estos códigos en Arduino IDE permite observar todos los datos 
obtenidos en un solo monitor serie para Arduino o en el ambiente de interacción en 
LabVIEW. Por lo tanto, se resalta que se debe hacer uso de la función millis y no de 
la función delay en la programación de Arduino, ya que se ejecutaran varias tareas 
al tiempo con una misma constante de tiempo, en este código, 1000 milisegundos. 
Seguidamente, se incluyen los pines tanto de entrada como de salida y las librerías 
de los sensores que las requieren; para la función void setup en Arduino IDE se 
incluye la instrucción Serial.begin con un solo número constante, esta instrucción le 
indica al Arduino que inicie comunicación con la computadora (o cualquier 
dispositivo conectado a los pines RX y TX) con una velocidad de comunicación 
serial de 9600 bits por segundo (baudios). Además, en la función void setup se 
incluye la formación void setup de cada código mencionado anteriormente. 
Ahora bien, para la función void loop del código conjunto, simplemente se unen las 
instrucciones que se encuentran en cada void loop de los códigos ya expuestos. 
 
 
Figura 26. Código en Arduino IDE para el encendido del generador de vapor y la activación de la 
electroválvula. 
Fuente. Elaboración propia 
 
41 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 27. Código conjunto en Arduino IDE (a) 
Fuente. Elaboración propia 
Fuente. Elaboración propia 
 
Figura 28. Código conjunto en Arduino IDE (b) 
 
42 
 
 
 
 
 
3.2.5. Montaje del generador de vapor 
 
Para un proyecto de la materia termodinámica en la Universidad Distrital Francisco 
José de Caldas un estudiante desarrollo un calderín, el Doctor Camilo Andrés Arias 
Henao donó este elemento para el desarrollo de este trabajo de grado. 
El calderín contaba con un manómetro de presión, una válvula de alivio (para liberar 
la presión interna) y una válvula mecánica normalmente cerrada con su respectiva 
manguera para soportar altas temperaturas. 
 
 
Fuente. Elaboración propia 
Figura 29. Código conjunto en Arduino IDE (c) 
Figura 30. Caldera inicial 
Fuente. Elaboración propia 
 
43 
 
El primer paso fue identificar el lugar en el cual se iban a colocar los sensores de 
presión y temperatura de Arduino, se concluyó que el sitio adecuado era la salida, 
es decir, donde se encuentra la salida de vapor, y el sensor de carga, en la parte de 
debajo de la caldera como una balanza. 
El equipo de trabajo mandó a hacer un adaptador, de diferentes roscas, para 
conectar los sensores y la respectiva salida de vapor; para este punto se decidió 
utilizar una electroválvula solenoide normalmente cerrada para la salida, sin 
embargo, para poderla conectar al adaptador se necesitó de un miple reductor de 
¼ in a 7/9 in de rosca. 
 
 
 
Se considero utilizar una celda de carga de 20Kg para diseñar la balanza que 
permitiría conocer el valor de la masa dentro del sistema, no obstante, dicho sensor 
no funcionó correctamente, dado que, al medir la resistencia de la celda con la 
ayuda de un multímetro y la aplicación de una carga, el valor de la resistencia no 
variaba, por lo tanto, se determinó que el sensor no se podía utilizar pues sus 
valores de voltaje enviados a Arduino no eran correctos. 
 
 
Figura 31. Adaptador para los sensores 
Fuente. Elaboración propia 
Figura 32. Comprobación de funcionamiento de la celda de carga inicial 
Fuente. Elaboración propia 
 
44 
 
Para el montaje de la balanza se usaron dos tablas rectangulares de 20 cm x 30 
cm; una se colocó encima del sensor de carga y otra por abajo, según indicaciones 
del fabricante. Sin embargo, este tipo de montaje requiere un contrapeso, ya que en 
la tabla superior donde va la caldera se genera un momento con respecto al centro 
del sensor, es por ello por lo que se realizaron los siguientes cálculos para 
determinar la masa del contrapeso: 
Asumiendo que el contrapeso (Y) es de 4 Kg el montaje estaría estáticamente 
determinado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
∑ 𝐹𝑦 = −3.63777 + 𝑅1 + 𝑅2 − 4 = 0 
∑ 𝑀𝑅1 = 3.63777 ∗ 0.14 − 𝑌 ∗ 0.1 + 𝑅2 ∗ 0.2 = 0 
𝑅2 =
((4 ∗ 0.1) − (3.63777 ∗ 0.14))
0.2
= −0.546439 𝑁 
𝑅1 = −(−0.546439) + 4 + 3.63777 = 8.184209 𝑁 
 
Por lo tanto, para que no haya un momento en sentido antihorario y que el sistema 
esté en equilibrio el contrapeso debe ser de 4 kg o mayor. 
 
 
 
18.18885 N/m 
Y =4 Kg 
0.2 m 
0.2 m 
0
.0
1
3
 m
 
0
.0
2
5
 m
 
R1 R2 
Figura 33. Modelo estático de la balanza 
Fuente. Elaboración propia 
 
45 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 34. Elaboración de la balanza 
Fuente. Elaboración propia 
Figura 34. Montaje final del generador de vapor (a) 
Fuente. Elaboración propia 
Figura 35. Montaje final del generador de vapor (b) 
Fuente. Elaboración propia 
 
46 
 
3.2.6. Interfaz gráfica 
 
Una interfaz gráfica es un programa informático que actúa de interfaz de usuario, 
utilizando un conjunto de imágenes y objetos gráficos para representar la 
información y acciones disponibles en la interfaz. Su principal uso consiste en 
proporcionar un entorno visual sencillo para permitir la comunicación con el sistema 
operativo de una máquina o computador. 
Dado que este proyecto quiere brindar una herramienta de estudio a los estudiantes, 
profesores y toda la comunidad educativa para poder interactuar con un laboratorio 
que contribuya y/o fortalezca el aprendizaje a través de la virtualidad, se determina 
realizar una interfaz gráfica con la ayuda de LabVIEW que permita comprender de 
una forma fácil el comportamiento y funcionamiento del generador de vapor, 
incluyendo el manejo de las variables termodinámicas. 
3.2.6.1.Conexión entre LabVIEW y Arduino 
 
En primera instancia, se debe instalar dos softwares complementarios a LabVIEW 
(VI PACKAGE MANAGER y NI VISA), de esta manera, LabVIEW podrá configurar 
instrucciones por modo serial con Arduino, por lo tanto, se forma una conexión con 
el puerto donde está conectada la