Automatización de un banco de pruebas de una celda electroquímica

Este proyecto de grado presenta el diseño de un banco de pruebas para realizar el proceso de anodizado a una pieza de aluminio, donde se buscará analizar la influencia de la solución electrolítica, temperatura y la corriente en el proceso, en la creación de la capa anódica. En el banco se implementa...

Full description

Autores:
Muñoz Vidal, Juan Pablo
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2019
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
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Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/20.500.12749/7082
Palabra clave:
Mechatronic
Test bench
Temperature control
Aluminum anodized
Control system
Electrochemical analysis
Ion selective electrodes
Electric power distribution
Temperature
DC
Mecatrónica
Análisis electroquímico
Electrodos selectivos de iones
Distribución de energía eléctrica
Corriente continua
Temperatura
Control de temperatura
Anodizado de aluminio
Sistema de control
Banco de pruebas
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description Este proyecto de grado presenta el diseño de un banco de pruebas para realizar el proceso de anodizado a una pieza de aluminio, donde se buscará analizar la influencia de la solución electrolítica, temperatura y la corriente en el proceso, en la creación de la capa anódica. En el banco se implementa un control de temperatura y un control de corriente, utilizado un control QFT para el control de la corriente suministrada y un control PID para el control de Temperatura de la solución electrolítica, asegurando la estabilidad de estas variables en todo el proceso, también se agregó un agitador mecánico para mantener la solución homogénea en el trascurso de las pruebas. Los circuitos necesarios para el control de cada variable se diseñaron con el fin de que cada técnica de control sea eficiente en el proceso dando buenos resultados a la hora de la implementación. Se diseña una interfaz para el usuario en LabView, en donde se realiza el monitoreo de las variables a controlar, e igualmente la respectiva toma de datos para el análisis del proceso generado un archivo Excel con todos los datos tomados, con esta interfaz diseñada se busca que el operador observe el proceso en todo momento y pueda observar el comportamiento de las variables en tiempo real.
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En el banco se implementa un control de temperatura y un control de corriente, utilizado un control QFT para el control de la corriente suministrada y un control PID para el control de Temperatura de la solución electrolítica, asegurando la estabilidad de estas variables en todo el proceso, también se agregó un agitador mecánico para mantener la solución homogénea en el trascurso de las pruebas. Los circuitos necesarios para el control de cada variable se diseñaron con el fin de que cada técnica de control sea eficiente en el proceso dando buenos resultados a la hora de la implementación. Se diseña una interfaz para el usuario en LabView, en donde se realiza el monitoreo de las variables a controlar, e igualmente la respectiva toma de datos para el análisis del proceso generado un archivo Excel con todos los datos tomados, con esta interfaz diseñada se busca que el operador observe el proceso en todo momento y pueda observar el comportamiento de las variables en tiempo real.1. INTRODUCCIÓN 1 2. OBJETIVOS 2 2.1. OBJETIVO GENERAL: 2 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: 2 3. ANODIZADO DE ALUMINIO 3 3.1. CELDA ELECTROQUÍMICA 3 3.2. ANODIZADO 4 3.3. CINÉTICA DE LA FORMACIÓN DE OXIDO DE ALUMINIO ANODIZADO 7 3.3.1. MECANISMO DE FORMACIÓN DE POROS 7 3.3.2. REACCION ELECTROQUÍMICA DURANTE LA ANODIZACIÓN 8 3.4. ANÁLISIS DEL EFECTO DE LA TEMPERATURA DE ANODIZADO 9 3.5. ANÁLISIS DEL EFECTO DE LA CORRIENTE DE ANODIZADO 10 4. DISEÑO DEL BANCO DE PRUEBAS 11 4.1. DISEÑO MECÁNICO 11 4.2. DISEÑO ELECTRÓNICO 13 4.2.1. INSTRUMENTACIÓN 18 4.2.1.1. SENSOR DE TEMPERATURA 18 4.2.1.2. SENSOR DE CORRIENTE 20 4.2.1.3. SENSOR DE VELOCIDAD 21 4.3. DISEÑO DE INTERFAZ HOMBRE-MAQUINA 23 5. SISTEMA DE CONTROL 27 5.1. CONTROL DE CORRIENTE 27 5.1.1. CONTROL DE RETROALIMENTACIÓN CUANTITATIVA (QFT) 30 5.1.2. ESPECIFICACIONES DE DESEMPEÑO DEL CONTROLADOR 32 5.1.3. ESPECIFICACIONES GENERALES 33 5.1.4. EL RECHAZO DE RUIDO EN EL SENSOR 33 5.1.5. RECHAZO DE PERTURBACIONES A LA SALIDA 34 5.1.6. EL ESFUERZO DE CONTROL 34 5.1.7. EL SEGUIMIENTO DE REFERENCIA 35 5.1.8. LOOP-SHAPPING DEL CONTROLADOR QFT 35 5.2. CONTROL DE TEMPERATURA. 39 6. VALIDACIÓN DEL SISTEMA 45 6.1. NORMAS DE SEGURIDAD 50 7. CONCLUSIONES 51 8. BIBLIOGRAFÍA 52 9. ANEXOS 55 9.1. MANUAL DE OPERACIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS DE ANODIZADO 55 9.1.1. DESCRIPCION DE LA UNIDAD 55 9.1.2. INSTALACION 55 9.1.3. OPERACIÓN DE LA INTERFAZ 57 9.1.4. DIMENSIONES 57 9.1.5. PRECAUCIONES DE SEGURIDAD 58 9.2. MULTÍMETRO FLUKE 187 59 9.3. TACÓMETRO EXTECH RPM10 60 9.4. CÓDIGO ARDUINO 61 9.5. LÓGICA EN LABVIEW 66PregradoThis degree project presents the design of a test bench to perform the anodizing process to an aluminum piece, which will seek to analyze the influence of the electrolytic solution, temperature and current in the process, in the creation of the anodic layer. On the bench a temperature control and a current control are implemented, using a QFT control for the control of the supplied current and a PID control for the temperature control of the electrolytic solution, assuring the stability of these variables in the whole process. A mechanical agitator was also added to maintain the homogeneous solution during the course of the tests. The circuits needed to control each variable were designed so that each control technique is efficient in the process giving good results at the time of implementation. A user interface is designed in LabView, where the monitoring of the variables to be controlled is carried out, and also the respective data collection for the analysis of the process generated an Excel file with all the data taken. With this interface designed, the operator is expected to observe the process at all times and be able to observe the behavior of the variables in real time.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaAutomatización de un banco de pruebas de una celda electroquímicaAutomation of an electrochemical cell test benchIngeniero MecatrónicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronicTest benchTemperature controlAluminum anodizedControl systemElectrochemical analysisIon selective electrodesElectric power distributionTemperatureDCMecatrónicaAnálisis electroquímicoElectrodos selectivos de ionesDistribución de energía eléctricaCorriente continuaTemperaturaControl de temperaturaAnodizado de aluminioSistema de controlBanco de pruebas[1] A. 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