Destilador Industrial de Alcohol.Maricela Rivera

mrivera@est.ups.edu.ecXavier Contreras

xcontreras@est.ups.edu.ecPal Saldaa

psaldana@est.ups.edu.ecUniversidad Politcnica Salesiana

Sistemas Microprocesados 2

Resumen---En el presente artculo realizaremos la implementacin de un destilador de alcohol mediante el uso de un sensor de temperatura, en este caso una termocupla tipo T, mediante la cual censaremos la temperatura del agua que va recorrer los diferentes niveles para llegar a su destilacin final, la adquisicin de datos de temperatura se lo realiza atreves de una DAG y con LABVIEW realizaremos una interfaz grafica mediante la computadora donde podremos visualizar los diferentes controladores de dicho software.

Index Termsdestilador de agua, sensor de temperatura, interfaz grafica.

I. INTRODUCCIN.

El proceso de destilacin es un mtodo para separar una mezcla de dos lquidos que tienen diferentes puntos de ebullicin, mediante vaporizacin y recondensacin, los distintos componentes lquidos, slidos en lquidos o gases licuados en una mezcla, aprovechando los diferentes puntos de ebullicin de cada una de las sustancias, ya que el punto de ebullicin es una propiedad intrnseca de cada sustancia, es decir, no vara en funcin de la masa o volumen. La destilacin de agua consiste en el uso de un matraz de destilacin con agua pura, la misma que lo calentaremos mediante un mechero de bunsen, cuando el agua llegue a su punto de ebullicin el vapor pasara atreves del condensador que contiene liquido refrigerante lo que permitir que el vapor se convierta en agua destilada. La adquisicin de datos de temperatura se lo realiza mediante LABVIEW El presente documento est organizado de la siguiente manera: en la Seccin II se presenta una breve descripcin de los elementos y funcionamiento del sistema, el marco terico se muestra en la seccin III, en este se detallan a los fundamentos tericos que respaldaran el proyecto, en la seccin IV se hace referencia a la implementacin del sistema, finalmente en las secciones V Y VI se presentan los resultados y conclusiones respectivamente.

II. OBJETIVO GENERAL.

Disear un proyecto el cual est basado en un destilador de agua, en donde usaremos un sensor de temperatura para su respectivo control y su visualizacin se realizar mediante LABVIEW a travs de una interfaz grafica con la computadora el uso de circuitos programados mediante microcontroladores

III. OBJETIVO ESPECFICO.Realizar un controlador el cual nos permita calentar el agua hasta su punto de ebullicin.Realizar un segundo controlador que cumpla la funcin de condensacin del vapor originado.Disear un prototipo, en el cual podamos implementar de la mejor manera cada uno de los controladores y adaptar los sensores de manera que sean extrables.Poder realizar la adquisicin de datos mediante microcontroladores y procesamiento mediante LABVIEW

IV. DESCRIPCIN DEL SISTEMA.

IV-A. Proceso de destilacin.La destilacin es un proceso que consiste separar los distintos componentes de una mezcla mediante el calor. Para ello que se calienta esa sustancia, normalmente en estado lquido, para que sus componentes ms voltiles pasen a estado gaseoso o de vapor y a continuacin volver esos componentes al estado lquido mediante condensacin por enfriamiento. El principal objetivo de la destilacin es separar los distintos componentes de una mezcla aprovechando para ello sus distintos grados de volatilidad. Otra funcin de la destilacin es separar los elementos voltiles de los no voltiles de una mezcla. En otros sistemas similares como la evaporacin o el secado, normalmente el objetivo es obtener el componente menos voltil; el componente ms voltil, casi siempre agua, se desecha. Sin embargo, la finalidad principal de la destilacin es obtener el componente ms voltil en forma pura. Por ejemplo, la eliminacin del agua de la glicerina evaporando el agua, se llama

evaporacin, pero la eliminacin del agua del alcohol evaporando el alcohol recibe el nombre de destilacin, aunque se usan mecanismos similares en ambos casos. Si la diferencia entre las temperaturas de ebullicin o volatilidad de las sustancias es grande, se puede realizar fcilmente la separacin completa en una sola destilacin. Es el caso de la obtencin de agua destilada a partir de agua marina. Esta contiene aproximadamente el 4 % de distintas materias slidas en disolucin En ocasiones, los puntos de ebullicin de todos o algunos de los componentes de una mezcla difieren en poco entre s por lo que no es posible obtener la separacin completa en una sola operacin de destilacin por lo que se suelen realizar dos o ms.

As el ejemplo del alcohol etlico y el agua. El primero tiene un punto de ebullicin de 78,5 C y el agua de 100 C por lo que al hervir esta mezcla se producen unos vapores con ambas sustancias aunque diferentes concentraciones y ms ricos en alcohol. Para conseguir alcohol industrial o vodka es preciso realizar varias destilaciones

IV-B. Materiales utilizados.

El sistema que se desarrolla consta de:Matraz de destilacin.: es un frasco de vidrio, de

cuello largo y cuerpo esfrico. Est diseado para calentamiento uniforme, y se produce con distintos grosores de vidrio para diferentes usos. La mayor ventaja del baln, por encima de otros materiales de vidrio es que su base redondeada permite agitar o re-mover fcilmente su contenido. Sin embargo, esta misma caracterstica tambin lo hace ms susceptible a voltearse y derramarse.

IV-B a. El matraz aforado.: Se emplea para medir con exactitud un volumen determinado de lquido. La marca de graduacin rodea todo el cuello de vidrio, por lo cual es fcil ver con precisin cundo el lquido llega hasta la marca. La forma correcta de medir volmenes es llevar el lquido hasta que la parte inferior del menisco sea tangente a la marca. El hecho de que el cuello del matraz sea estrecho es para aumentar la exactitud, de esta forma un cambio pequeo en volumen se traduce en un aumento considerable de la altura del lquido.

Figura 3. Matraz Aforado

Un tubo refrigerante.: Es un aparato de laboratorio, construido en vidrio, que se usa para condensar los vapores que se desprenden del matraz de destilacin, por medio de un lquido refrigerante que circula por ste, usualmente agua.

Figura 4. Tubo refrigerante

El trpode.: Es un aparato de tres partes que permite estabilizar un objeto. Se usa para evitar el movimiento propio del objeto. La palabra se deriva de tripous, palabra griega que significa tres pies. El trpode tiene tres patas y su parte superior es circular o triangular.

Figura 5. Trpode

Adems consta de una tela de alambre con centro de asbesto. Sirve para depositar sobre ella los matraces en el momento en que se van a calentar las sustancias; permite que la distribucin del calor sea uniforme.

El mechero Bunsen.: es un aparato que consta de un tubo vertical soportado en un pie o pequea plataforma a la que va enroscado, el tubo en su base tiene un pequeo orificio vertical para permitir la entrada de gas y arriba de esa entrada de aire, rodeadas de un anillo mvil que sirve para regular la cantidad de aire que se aspira por las aberturas al subir rpidamente el gas por el tubo vertical.

Figura 7.

Radiador.: A continuacin se presenta el diseo del radiador que ser utilizado para nuestro proyecto el cual intercambiara el calor de sistema de calefaccin.

Figura 8. Diseo del Radiador

IV-C. Sensores de Temperatura.

IV-D Termocupla Tipo J

Una termocupla es un transductor formado por la unin de dos metales distintos que produce un voltaje (efecto de Seebeck) que es funcin de diferencia de la temperatura entre uno de los extremos denominado punto caliente o unin caliente o de medida y el otro denominado "punto fro" o unin fra o de referencia.

En instrumentacin industrial los termopares son ampliamente usados como sensores de temperatura.Son eonnomicos, intercambiales tienen tienen conetores estndar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Su principal limtacion es la exactitud, ya que los errores del sistemas inferiores a un grado Celsius son dificels de obtener

Figura 9. Circuito de Termocupla.

IV-D b. Caractersticas de la termocupla.:Son econmicos.

Tienen conectores estndar.

Capaces de medir un amplio rango de temperaturas.Limitacin en la exactitud (errores del sistema inferiores a un grado centgrado son difciles de obtener).

IV-D c. Funcionamiento.: Una termocupla se compone de dos hilos de diferentes metales unidos en sus extremos. Una junta es la junta caliente o de medicin y la otra la de referencia o junta fra. Thomas Seebeck en 1821 describi el fenmeno que consiste en la circulacin de una corriente en dicho circuito. El fenmeno descripto por Seebeck ocurre por la combinacin de dos efectos termoelctricos combinados, el efecto Peltier y el efecto Thompson, stos estn sobre impuestos con el efecto Joule.

IV-D0d. Curva caracterstica de los Termopares.: Los pares ms usados tienen tabulaciones de su salida en mili voltios para el rango de temperaturas en los que es conveniente aplicarlos , hay que fijarse con qu temperatura de referencia han sido hechas las tablas en general se considera la junta fra a 0C. En la Figura se puede observar las f.e.m. producidas por distintas termocuplas respecto de las mismas a 0C como temperatura de referencia. La sensibilidad de las termocuplas no es constante, depende de la temperatura, es decir no son lineales.

Figura 10. Curva Caracterstica de los tipos de termopares

IV-E. Circuito Integrado LM35.El LM35 es un sensor de temperatura integrado de

pre-cisin, cuya tensin de salida es linealmente proporcional a temperatura en C (grados centgrados). Tiene una ventaja sobre los sensores de temperatura lineal calibrada en grados Kelvin: que el usuario no est obligado a restar una gran tensin constante para obtener grados centgrados. El LM35 no requiere ninguna calibracin externa o ajuste para proporcionar una precisin tpica de 1.4 C a temperatura ambiente y 3.4 C a lo largo de su rango de temperatura (de -55 a 150 C). El dispositivo se ajusta y calibra durante el proceso de produccin. La baja impedancia de salida, la salida lineal y la precisa calibracin inherente, permiten la creacin de circuitos de lectura o control especialmente sencillos. El LM35 puede funcionar con alimentacin simple o alimentacin doble (+y -).Requiere slo 60 A para alimentarse, y bajo factor de auto calentamiento, menos de 0,1 C en aire esttico. El LM35 est preparado para trabajar en una gama de temperaturas que abarca desde los- 55 C bajo cero a 150 C, mientras que el LM35C est preparado para trabajar entre -40 C y 110 C (con mayor precisin

IV-E e Caractersticas: Calibrado directamenete en grados

Celsius(centigrados) Factor de escala lineal de +10mVC, 0.5C

de prescicion+25C Rango de trabjo -55C a +150C Apropiado para aplicaciones remotas Bajo costo de Funcionamiento con

alimentaciones etre 4V y 30V Menos de 60uA de consumo Bajo autocalentamiento(0.08Cen aire

estatico) Baja impedancia de salida 0.1Wpara cargas

de 1 mA

V. DESARROLLO DE LA PRCTICA.

V-A. Controlador Digital

En este proyecto la adquisicin se realiza mediante LABVIEW controlando las temperaturas con un sensor

de temperatura de LM35 en donde el un sensor controlara la temperatura de las vlvulas para calentar, y el otro controla la temperatura de las bombas para enfriar.

Figura 13. Control digital

V-B Controlador Analogico

Para este caso lo que principalmente hace el controlador es reducir el nivel de temperatura a travs del ventilador mediante el uso del controlador la referencia de temperatura dada por el microcontrolador

Figura 14. Control Analgico

El diagrama de conexin se muestra en el anexo1

V-C Interfaz Grafica con LABVIEW

Lo que se observa es la variacin de la temperatura, estio es lo que hace la DAQ conjuntamente con el sensor de temperatutra o termocupla , claramente podemos apreciar la plumilla de variacin de temperatura con diferentes variacin colores donde podemos incluso visualizar los incrementos de temperatura excesivos

V-D. Programacin en Microcode

************************************************.*Name : Controlador de vlvula y bomba . ** Author : X.Contreras,M.Rivera,P.Saldaa ** Notice : Universidad Politcnica Salesiana ** Date : 28/06/2012 ** Version : 1.0* **********************************************.ANG VAR BYTEREF VAR BYTETRISB=0TRISD=0DEFINE LCD_DREG PORTD ; Datos PORTB.DEFINE LCD_DBIT 0 ; Bit de inicio de datos.DEFINE LCD_RSREG PORTD ; Registro seleccion delpuerto B.DEFINE LCD_RSBIT 4 ; Registro seleccion de BIT.

DEFINE LCD_EREG PORTD ; Puerto del enable.DEFINE LCD_EBIT 5 ;Bit del enable.DEFINE LCD_BITS 4 ; Tamao del bus de 4 bits.DEFINE LCD_LINES 4 ; Numero de lneas del LCD.DEFINE ADC_BITS 8 ; Numero de bits del ADC.DEFINE ADC_CLOCK 3 ; El clock del ADC.DEFINE ADC_SAMPLEUS 50 ;Tiempo de muestreo enmicrosegundos.ADCON1 = 0 ; Configura el puerto A y E como analgico.ADCIN 0,ANGADCIN 1,REFLCDOUT $FE,1 lCDOUT $FE,$80,"SENSORES"LCDOUT $FE,$C0,DEC REFLCDOUT $FE,$C6,DEC ANGPAUSEUS 500IF REF>ANG THENLOW PORTD.6HIGH PORTD.7PAUSEUS 500.ENDIF.IF REF