Última modificación:
2005-02-23
2005-02-23
A continuación se describen los requisitos que ha de cumplir Ciclope Peltier:
En la presente página se muestra infromación general sobre las célulsa de efecto peltier, su funcionamiento, estructura, y principios termoeléctricos en los que se fundamentan así como su modelo matemático.
Cuando una corriente pasa a través de la unión de dos tipos de conductores aparece una diferencia de temperatura en los extremos.
Dicho efecto es el contrario que el efecto peltier, es decir al someter a los extremos de dos conductores diferentes a una diferencia de temperatura, aparece una diferencia de tensión que hace fluir una corriente elétrica entre las uniones caliente y fria. El circuito formado por la unión de dos alambres de distinto material se denomina termopar.
Al pasar una corriente através de un conductor isotérmico existe una generación de calor.
Dicho efecto es irreversible a diferencia de los anteriores.
Una célula de peltier es un dispositivo termoeléctrico que convierte la energía eléctrica en energía calorífica. Estas célualas son un alaternativa a la refrigeración medainte compresión y expansión de vapores con la absorción de calor correspondiente. Estos circuitos frigorificos requieren condensadores , evaporadores, compuestos refrigerantes y circuitos de expansión para llevar a cabo su labor. Dichas células basan su funcionamiento en el efecto peltier.Están formadas por un número de de parejas de semiconductores P,N , para poder bombear una cantidad de calor importante. Dichas células se pueden emplear tanto para enfriar como para calentar, aunque para esta segunda opción , existen otras alternativas más eficientes. La organización de los semiconductores en la célula consiste en su conexión en serie eléctricamente y térmicamente en paralelo, situados entre dos placas cerámicas metalizadas.
El rendimiento de las células puede aumentar colocando en módulo varias células eléctricamente en serie y termicamente en paralelo.
La potencia eléctrica es empleada para bombear el calor de la cara fría a la caliente.
Existen dos fenómenos que impiden que toda la potencia eléctrica sea transformada en calor bombeado:
Existen una serie de ventajas e inconvenientes en la utilización de dichas células como elemento refrigerador frente a otro tipo de elementos.
Tambien existen una serie de desventajas asociadas:
A continuación se describen el modelos matemático de una célula de Peltier.
P= Potencia
I=Intensidad
Tc=
Tf=
V=Tensión aplicada
Rm=Resistenca eléctrica
CT=Coeficiente de Thomson
Fs=Factor de Seebeck
C.O.P (Coeficiente de amplificación calorífica)
El COP es una medida que proporciona la eficacia calculada como el cociente entre el efecto a conseguir y el trabajo que se realiza para obtener dicho efecto.
Partiendo de lo anterior se puede definir:
Donde:
Q1=Calor cedido al foco caliente.
Q2=Calor extraido del foco frío.
W=Q1-Q2
Balance energético:
Modelo de Melcor (ver enlaces Melcor):
siendo:
Qf=Flujo calorífico entregado por la cara caliente.
RTH=Resistencia térmica que explica el efecto de conductividad térmica.
Potencia entregada:
La célula de peltier se comporta como un sistema de primer orden con una constante de tiempo T y función de transferencia:
| K/1+Ts |
En construcción..
Se detalla a continuación el proceso de instalación y uso del driver escogido para la tarjeta empleada.
Comedi es un conjunto de drivers para hardware de adquisición de datos.
El código fuente del proyecto se distribuye en 2 paquetes:
La instalación de comedi ha sido realizada con éxito con la siguiente configuración:
Debian kernel 2.4
ADEOS
RTAI sobre adeos.
Descargar los paquetes Comedi y comedilib (ver enlaces) en nuestro caso se han empleado las versiones:
Comedi.0.7.68.tar.gz
Comedilib.0.7.21.tar.gz
Nos situamos en el directorio donde hemos descomprimido el codigo fuente de Comedi y se realizan las siguientes acciones:
Configurar, compilar e instalar .
Si es la primera vez que instalamos Comedi debemos ejecutar make dev para crear /dev/comediN, siendo N=0..9 .
Para realizar estas acciones deberemos tener permisos de root.
De igual forma que se ha realizado la instalación de Comedi, realizamos lo mismo y con los mismos permisos la instalación de comedilib.
En /etc/modules.conf añadir las siguientes líneas para que se carguen al arrancar el sistema de forma automática los drivers.
Editar /etc/modules y añadir las siguientes líneas:
Para cargar manualmente los drivers instalados, en modo root cargamos el módulo comedi, el driver elegido, en nuestro caso pcl812 ( ver en{directorio_instalacion}/comedi/Documentacion/comedi/devices.txt el nombre del driver de la tarjeta que usemos).
Cargar kcomedilib
Cargar comedi_rt_timer
Para asociar la tarjeta y su driver a /dev/comediN empleamos el mandato comedi_config, ( man comedi_config). Para ver los detalles de la tarjeta ver {directorio_comedi}/comedi/Documentation/comedi/drivers.txt y fichero "driver".c donde "driver es el driver a configurar, en nuestro caso pcl812.c
De acuerdo a la configuración de la los jumpers y switch de la tarjeta se configura el puerto mediante:
Siendo en nuestro caso para la tarjeta pcl812pg los siguientes argumentos:
0x220 Dirección configurada . Ver manual de la tarjeta PCL812pg .
[1]6 Canal libre IRQ
[2]3 DMA nivel 3 habilitado
[3]0
[4]1
[5]0
Si queremos comprobar el funcionamiento de Comedi con nuestra tarjeta , leer {}/comedilib/testing/README y ejecutar tras compilar comedi_test
En el directorio de instalación ejecutamos el siguiente mandato.
A continuación se describe un pequeño ejemplo de uso de RTAI en el espacio de usuario junto con el driver empleado.
El ejemplo consiste en la modulación por ancho de pulso, para ello vamos a usar un servomotor como elemento a controlar.
La variable sobre la que se va a actuar es el factor de uso:
ß=Ton/T.
Siendo T el período del pulso de la señal de control (50 Hz => T=20 ms), y Ton el tiempo que la señal permanece en el nivel alto.
Para el manejo de un servo cuya frecuencia de operació es muy baja no es necesario una tarea o aplicación hard real time , nos basta con una soft real time (Ver documentación RTAI), hay que tener en cuenta una serie de consideraciones si desarrollamos la aplicación en el espacio de usuario debido a que puede tener alguna restricción a la hora de ejecutar como que son necesarios permisos de root para establecer la política del planificador, siendo esto solucionable empleando rt_allow_nonroot_hrt
La forma de compilar será en modo root: gcc -I/usr/src/rtai/include -lcomedi -g -o (...etc) binario fuente.c
La siguiente gráfica muestra el ángulo barrido para un determinado alfa (factor de uso)
Como continuación al ejemplo anterior se trata de manejar dos o N servos independientemente.
Podemos tener diferentes alternativas, podemos tener un proceso pesado por cada servo, o bien tener un thread por cada servo, estas opciones sean en user-space o kernel-space tienen un a serie de desventajas cuando el nmero de servos a controlar es elevado. Estas deventajas se derivan del nmero de tareas a manejar, se han de realizar mayor número de cambios de contexto siendo estos no gratuitos y produciendo sobrecargas que pueden hacer no cumplir requisitos temporales en alguna ocasión.
An con estas consideraciones para mover un nmero peque� de servos, dichas opcioes on factibles y fáciles de desarrollar.
Una opción más compleja sería mantener una sola tarea y una estructura donde se indicase el factor de uso de cada servo , de esta forma sólo una tarea activaria o desactivaria la salida segn la información en la estructura.
Como contrapartida, el problema de esta soluci� es la gesti� de la estructura.
El código empleando threads o procesos pesados se puede encontrar en los enlaces anteriores o en Descargas
A continuación se detallan los elementos empleados para la construcción de la pequeña maqueta que se va a emplear , definiendo las características de cada uno de ellos y la funcionalidad que proporcionan.
Se emplean varios disispadores, el de mayor superficie es utilizado para disipar el calor que se produce en la cara caliente de la célula
, y a este se le acopla un ventilador para forzar la disipación.
Además de este se emplean 3 pequeños disipadores , dos de ellos para los amplificadores de potencia L165 y otro para los transistores.
Sensor de temperatura LM35:
Este sensor esa calibrado en grados centígrado.
Para la maqueta se van emplear tres sensores, uno para obtener la temperatura ambiental,
otro en la parte caliente de la célula y otro en la parte del elemento cuya temperatura queremos controlar.
La célula de Peltier empleada esta fabricada por Melcor
cuyo número de catálogo es CP 1.0-71-06.
Carcaterísticas de la célula empleada:
IMax(AMps) | 3.0 | 3.0 |
Temperatura cara caliente | 25C | 50C |
Delta Tmax | 67 | 77 |
QMax(W) | 14.4 | 16.3 |
VMax(Voltios) | 8.6V | 9.1V |
Resistencia | 2.4 | 2.7 |
Para alimentar la maqueta desarrollada se va a emplear una fuente de alimentación simétrica que nos ofrece +- 15 V y una corriente máxima de 3 A a 5 V, siendo de 1.5 a +15 V.
Resistencia de caldeoPara simular un objeto que disipa calor, se emplea una resistencia Alcor de 50 W.
Dicha resistencia se controla mediante PWM.
Tarjeta de adquisición de datos multifunción para PC válida para ciertas aplicaciones insdustriales y para laboratorios. Para detalles técnicos referirse al manual de usuario y documentación que se acompaña con la tarjeta.
Amplificadores OperacionalesPara las etapas de acondicionamiento de señal de los sensores se emplean por cada sensor 3 operacionales,empleando 1 LM324
que contiene 4 operacionales , necesitaremos 3 LM324.
En el caso de la etapa de potencia se emplean 2 L165 que son amplificadores de potencia.