Diseño de un termo con indicador de temperatura a través de celdas peltier
Los termos son elementos del uso común en la sociedad y han tenido un proceso evolutivo en su misión de conservar la temperatura del líquido que contienen, además se ha ido innovando en aquellos materiales que mejor cumplen esta función, cabe resaltar que, dentro de este proceso, la incorporación de...
- Autores:
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Toro Osorio , Juan Diego
Mayorga Cano , Edgar Albeiro
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2023
- Institución:
- Universidad Tecnológica de Pereira
- Repositorio:
- Repositorio Institucional UTP
- Idioma:
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
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- Palabra clave:
- 620 - Ingeniería y operaciones afines::621 - Física aplicada
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Transferencia de calor
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Los termos son elementos del uso común en la sociedad y han tenido un proceso evolutivo en su misión de conservar la temperatura del líquido que contienen, además se ha ido innovando en aquellos materiales que mejor cumplen esta función, cabe resaltar que, dentro de este proceso, la incorporación de la tecnología ha sido de gran ayuda, ya que un termo puede contener desde un indicador de temperatura hasta niveles de carga, accesorios como leds y generación de calor para bebidas que así lo necesiten. Pero todo tiene su desventaja, en este caso, los indicadores de temperatura que contienen estos termos dependen bastante de uso de baterías y en la mayoría de las ocasiones, baterías que pasan a ser desecho por no tener algún método de recarga. Esto genera que el indicador deje de funcionar y lo que se considera un ‘termo inteligente’ pasa a ser un objeto obsoleto o de uso por un corto tiempo. En adición, el hecho de que estos sistemas no tengan una metodología de carga hace que disminuya a grandes rasgos su demanda en el mercado, pues el indicador, al tener un tiempo de vida útil, termina siendo un objeto baladí que adorna el termo. Sin embargo y como solución a esta problemática, en este proyecto se desarrolló un circuito con inclusión de las celdas Peltier y utilizando el efecto Seebeck, esto para generar energía, consecuente una recarga del sistema y con ello, la disminución en usos de baterías. Para su diseño fue necesario la implementación de software como Blender, para la delineación estructural y Proteus, para todo el esquema del circuito. |
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[1] TESY, «¿Qué ventajas tienen los termos eléctricos inteligentes?,» 16 Agosto 2022. [En línea]. Available: https://tesy.es/blog/ventajas-termos-electricos-inteligentes/. [2] J. F. D. C. y. A. F. S. Lozada, «Diseño y simulación de una máquina generadora de energía.,» Universidad Piloto de Colombia, 2018. [3] Calameo, «Cómo un termo de agua cuidará la salud y el planeta,» 2022. [En línea]. Available: https://www.calameo.com/books/006537566e85456c53f35. [4] AQUAE Fundación, «Tiempo de degradación de los desechos inorgánicos.,» 26 Agosto 2021. [En línea]. Available: https://n9.cl/u0ky3. [5] DAP, «El origen del termo.,» 24 Abril 2016. [En línea]. Available: www.directoalpaladar.com/cultura-gastronomica/conoces-el-origen-del-termo-te-lo contamos [6] PuntoGeek, «¿Cómo funciona un termo?,» 06 junio 2011. [En línea]. Available: https://www.puntogeek.com/2011/06/06/curiosidades-%C2%BFcomo-funciona-termo/. [7] Mercado Libre, «Termo digital conservador de calor y frío,» 2023. [En línea]. Available: https://n9.cl/termointeligente. [8] Amazon, «Botella térmica de 16.9 fl oz de acero inoxidable con pantalla inteligente de temperatura.,» 2023. [En línea]. Available: https://n9.cl/termoekuee. [9] MINSALUD, «Resolución 683,» [En línea]. Available: https://www.minsalud.gov.co/sites/rid/Lists/BibliotecaDigital/RIDE/DE/DIJ/ resolucion-0683-de-2012.pdf. [10] A. T. HEDDLE B.SC. (HONS.), « Chapter 7 Thermoelectricity,» de Calculations in Fundamental Physics, 1971. [11] K. M. a. F. Kidane, «Thermal Imaging of the Thomson Effect,» 2020. [En línea]. Available: https://physics.aps.org/articles/v13/137. [12] A. M. a. A. T. Gerard Gadea, Chapter Five - Semiconductor Nanowires for Thermoelectric Generation, 2018, pp. 302-407. [13] CADLOG, «Disipación de calor, producido por el efecto Joule.,» 2022. [En línea]. Available: https://www.cadlog.es/blog/disipacion-del-calor-producido-por-el-efecto joule-2-ejemplos-practicos [14] R. M. Zurdo, «Diseño de un sistema termoeléctrico aprovechando características geotérmicas.,» 2013. [15] Ainox SAS, «Propiedades del Acero 304,» 2016. [En línea]. Available: https://www.ainoxsas.com/acero304/ [16] R. A. y. A. H. T. Covert, «Aceros Inoxidables: Una Introducción a Su Metalurgia y Resistencia a la Corrosión,» Sanitización de Productos Lácteos, Alimentos y Ambiente, vol. 20, nº 7, 2000 [17] Sumador, «Celda Peltier TEC1-12706 (12V, 6A),» [En línea]. Available: https://sumador.com/collections/otros-modulos/products/celda-peltier-tec1-12706-12v-6a. [18] L. Llamas, «Medir temperatura y presión barométrica con Arduino y BMP280,» 1 Abril 2020. [En línea]. Available: https://www.luisllamas.es/medir-temperatura-y-presion-barometrica-con arduino-y-bmp280/. [19] Jak Electronics, «PIC18F4550-I/PT Datasheet». [20] Naylamp Mechatronics, «Display OLED 0.96" I2C 128*64 SSD1306». [21] Cetronic, «Batería LIR2032 Recargable ION- LITIO,» [En línea]. Available: https://www.cetronic.es/sqlcommerce/disenos/plantilla1/seccion/producto/DetalleProducto.jsp? idIdioma=&idTienda=93&codProducto=111051068&cPath=408. |
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Quintero Vallejo , Hernan AlbertoToro Osorio , Juan DiegoMayorga Cano , Edgar Albeiro2023-10-23T16:24:56Z2023-10-23T16:24:56Z2023Los termos son elementos del uso común en la sociedad y han tenido un proceso evolutivo en su misión de conservar la temperatura del líquido que contienen, además se ha ido innovando en aquellos materiales que mejor cumplen esta función, cabe resaltar que, dentro de este proceso, la incorporación de la tecnología ha sido de gran ayuda, ya que un termo puede contener desde un indicador de temperatura hasta niveles de carga, accesorios como leds y generación de calor para bebidas que así lo necesiten. Pero todo tiene su desventaja, en este caso, los indicadores de temperatura que contienen estos termos dependen bastante de uso de baterías y en la mayoría de las ocasiones, baterías que pasan a ser desecho por no tener algún método de recarga. 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ASSOCIATED WITH THIS, TEMPERATURE LEVEL INDICATORS HAVE BEEN CREATED, WHICH RELY ON BATTERIES THAT GO THROUGH A DISPOSAL PROCESS DUE TO NOT HAVING A RECHARGE METHOD.PregradoIngeniero(a) Mecatrónico(a)TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................................1 OBJETIVOS .................................................................................................................................................2 Objetivo general.......................................................................................................................................2 Objetivos específicos...............................................................................................................................2 CAPÍTULO 1: CONTEXTO HISTÓRICO Y ANTECEDENTES ..............................................................3 1.1 Antecedentes históricos. ..............................................................................................................3 1.2 Antecedentes teóricos..................................................................................................................4 1.2.1 Ley de ohm..............................................................................................................................4 1.2.2 Intensidad de corriente eléctrica..............................................................................................4 1.2.3 Resistencia eléctrica. ...............................................................................................................5 1.2.4 Transferencia de calor. ............................................................................................................5 1.2.5 Aislamiento térmico por vacío. ...............................................................................................5 1.2.6 Modelo de flujo de calor .........................................................................................................6 1.2.6.1 Conducción térmica:....................................................................................................................................... 6 1.3 Antecedentes prácticos. ...............................................................................................................7 1.3.1 Termo inteligente con control de temperatura (calor y frío). ..................................................7 1.3.2 Termo inteligente EKUEE. .....................................................................................................8 1.4 Marco normativo. ........................................................................................................................9 2 CAPÍTULO 2: CONCEPTOS PRELIMINARES..............................................................................10 2.1 Termoelectricidad......................................................................................................................10 2.2 Efecto Seebeck ..........................................................................................................................10 2.3 Efecto Peltier .............................................................................................................................11 2.4 Efecto joule................................................................................................................................12 2.5 Calor específico. ........................................................................................................................13 3 CAPÍTULO 3: DISEÑO MECÁNICO ..............................................................................................14 3.1 Selección del material................................................................................................................14 3.1.1 Acero 304..............................................................................................................................14 3.1.1.1 Pero ¿en qué difiere el acero inoxidable 304 al acero inoxidable 316? ........................................................... 15 3.2 Aislamiento térmico. .................................................................................................................15 3.3 Blender y SolidWorks. ..............................................................................................................17 3.4 Proceso de diseño. .....................................................................................................................18 3.4.1 Contenedor exterior...............................................................................................................18 3.4.2 Contenedor interno................................................................................................................20 3.4.3 Boquilla del termo y filtro.....................................................................................................22 3.4.4 Tapas del termo. ....................................................................................................................24 3.4.5 Sujeciones y botón de seguridad. ..........................................................................................26 4 CAPÍTULO 4: ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN.............................................................29 4.1 Componentes electrónicos.........................................................................................................29 4.1.1 Celda Peltier..........................................................................................................................29 4.1.2 Sensor de temperatura BMP280............................................................................................30 4.1.3 PIC 18F4550 .........................................................................................................................31 4.1.4 Display OLED I2C (128x64)................................................................................................32 4.1.5 Batería Recargable Lir2032 3.6v O Br2032 Cr2032 Dl2032 Ml203 ....................................33 4.2 Mecanismo de recarga...............................................................................................................34 4.3 Diseño del circuito.....................................................................................................................35 4.4 PCB............................................................................................................................................37 4.5 Consumo de energía del circuito ...............................................................................................39 5 CAPÍTULO 5: RESULTADOS.........................................................................................................41 5.1 Modelado mecánico...................................................................................................................41 5.2 Ubicación de los componentes..................................................................................................42 6 CAPÍTULO 6: ANÁLISIS DE COSTOS ..........................................................................................45 6.1 Herramientas y materiales.........................................................................................................45 7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.................................................................................46 7.1 Conclusiones: ............................................................................................................................46 7.2 Recomendaciones:.....................................................................................................................46 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................................47 8 ANEXOS............................................................................................................................................4970 Páginasapplication/pdfUniversidad Tecnológica de PereiraRepositorio Institucional Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homehttps://hdl.handle.net/11059/14840spaUniversidad Tecnológica de PereiraFacultad de TecnologíasPereiraIngeniería Mecatrónica[1] TESY, «¿Qué ventajas tienen los termos eléctricos inteligentes?,» 16 Agosto 2022. [En línea]. Available: https://tesy.es/blog/ventajas-termos-electricos-inteligentes/.[2] J. F. D. C. y. A. F. S. Lozada, «Diseño y simulación de una máquina generadora de energía.,» Universidad Piloto de Colombia, 2018.[3] Calameo, «Cómo un termo de agua cuidará la salud y el planeta,» 2022. [En línea]. Available: https://www.calameo.com/books/006537566e85456c53f35.[4] AQUAE Fundación, «Tiempo de degradación de los desechos inorgánicos.,» 26 Agosto 2021. [En línea]. Available: https://n9.cl/u0ky3.[5] DAP, «El origen del termo.,» 24 Abril 2016. [En línea]. Available: www.directoalpaladar.com/cultura-gastronomica/conoces-el-origen-del-termo-te-lo contamos[6] PuntoGeek, «¿Cómo funciona un termo?,» 06 junio 2011. [En línea]. Available: https://www.puntogeek.com/2011/06/06/curiosidades-%C2%BFcomo-funciona-termo/.[7] Mercado Libre, «Termo digital conservador de calor y frío,» 2023. [En línea]. 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Zurdo, «Diseño de un sistema termoeléctrico aprovechando características geotérmicas.,» 2013.[15] Ainox SAS, «Propiedades del Acero 304,» 2016. [En línea]. Available: https://www.ainoxsas.com/acero304/[16] R. A. y. A. H. T. Covert, «Aceros Inoxidables: Una Introducción a Su Metalurgia y Resistencia a la Corrosión,» Sanitización de Productos Lácteos, Alimentos y Ambiente, vol. 20, nº 7, 2000[17] Sumador, «Celda Peltier TEC1-12706 (12V, 6A),» [En línea]. Available: https://sumador.com/collections/otros-modulos/products/celda-peltier-tec1-12706-12v-6a.[18] L. Llamas, «Medir temperatura y presión barométrica con Arduino y BMP280,» 1 Abril 2020. [En línea]. Available: https://www.luisllamas.es/medir-temperatura-y-presion-barometrica-con arduino-y-bmp280/.[19] Jak Electronics, «PIC18F4550-I/PT Datasheet».[20] Naylamp Mechatronics, «Display OLED 0.96" I2C 128*64 SSD1306».[21] Cetronic, «Batería LIR2032 Recargable ION- LITIO,» [En línea]. 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La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 deinfo:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/620 - Ingeniería y operaciones afines::621 - Física aplicadaCeldas peltierTransferencia de calorDispositivos de mediciónCelda PeltierEfecto SeebeckEfecto JouleDiseño de un termo con indicador de temperatura a través de celdas peltierTrabajo de grado - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionORIGINALTRABAJO DE GRADO.pdfTRABAJO DE GRADO.pdfapplication/pdf1846251https://repositorio.utp.edu.co/bitstreams/ae7a0353-d7d1-4562-b7fa-254fffe82d0f/download4fe6e2d30b80d06f779e3ae5abda8586MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-814828https://repositorio.utp.edu.co/bitstreams/23c98370-f078-4e48-b1b3-052526a211ea/download2f9959eaf5b71fae44bbf9ec84150c7aMD52TEXTTRABAJO DE GRADO.pdf.txtTRABAJO DE GRADO.pdf.txtExtracted texttext/plain71552https://repositorio.utp.edu.co/bitstreams/43164fb7-79e3-4fa4-9780-5bdddbe05a65/downloada07350fa44d8b69709595f81231d292fMD53THUMBNAILTRABAJO DE GRADO.pdf.jpgTRABAJO DE GRADO.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg6123https://repositorio.utp.edu.co/bitstreams/57ce910d-d073-411f-a14a-45c041c1ce46/downloadbeb3ba4389e35c71cf9f34506bd603cbMD5411059/14840oai:repositorio.utp.edu.co:11059/148402023-10-24 03:00:43.745https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 dehttps://repositorio.utp.edu.coRepositorio 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