Sensore J&J per sistema di monitoraggio della conduttività ad osmosi

LANDIM, Jorge de Lima ^[1], LIMA, Jaylton Matos ^[2], LESSA, Avanir Carlos ^[3], QUINTINO, Luís Fernando ^[4]

Landi, Jorge de Lima. Et al. Sensore J&J per sistema di monitoraggio della conduttività ad osmosi. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. anno 03, Ed. 09, vol. 06, pp. 57-74 settembre 2018. ISSN: 0959-2448

RIEPILOGO

Questo articolo mira a presentare prototipo e contribuire allo sviluppo di sviluppi futuri di sistemi simili, che funge da base per il suo miglioramento. L'articolo ha descritto il sensore di osmosi la cui funzione ha analizzato gli aspetti delle quantità e delle proprietà dell'acqua, dimostrando risultati significativi per un migliore utilizzo dell'acqua, a causa di diverse applicazioni, ad esempio, l'osmosi, che è responsabile Analizzare la conduttività e la temperatura dell'acqua, facendola purificare per poter essere utilizzata nella fase successiva del sistema. Nel corso di questo articolo è stato sviluppato il sensore J&J di osmosi, e questo dettagliato, specificato può essere computerizzato, in modo che una persona di poche informazioni tecniche in grado di capire questo sistema e con un adeguato addestramento, eseguirlo. Così, è stato elaborato hardware che faciliterà il suo utilizzo, essendo questo innovativo e che si è rivelato efficace, a basso costo e facile accessibilità. Il prototipo è stato assalito e testato in laboratorio e ottenuto in modo soddisfacente l'identificazione dell'acqua in condizioni di demineralizzazione specificate.

Parole chiave: osmosi, conduttività, sensore.

INTRODUZIONE

UN sistema di controllo è un insieme di componenti elettrici, elettronici e meccanici che lavorano per prendere decisioni "intelligenti" su un processo. Secondo (OLIVEIRA, 2012), la maggior parte dei controllori utilizzano i circuiti elettronici complessi (come processori) per eseguire la misurazione del processo e prendere le azioni appropriate.

L'acqua è presente in quasi tutto, come nell'aria in cui respiriamo, nel terreno, nelle piante e nei nostri corpi. Sulla base di questo, se una persona prende una certa quantità di acqua contaminata, lei sarà malata o addirittura può morire a causa di acqua non purificata o appropriato per il consumo umano. Ciò si verifica anche con macchine che fanno uso di acqua, sia per la produzione, la refrigerazione o la pulizia che diminuirà la loro capacità produttiva, vita utile e addirittura diventare inutile in una determinata funzione (Rheinnheimer, 1998).

A tal fine, le macchine che dipendono dall'acqua per la produzione o la refrigerazione hanno la necessità di passare attraverso un sistema di filtrazione, il cui nome del sistema è osmosi inversa, che non è altro che un sistema con un set di filtri precedentemente sviluppati, con la Lo scopo di rimuovere le impurità e minerali che danneggiano l'apparecchiatura.

Per molti, sarà solo un sistema di filtri, ma nel contesto di settori come la chimica, farmacia, salute e ingegneria, è un sistema più complesso di un semplice filtro a casa, essendo un sistema di controllo che permette di prova attraverso i campioni Effettuata in laboratori specializzati e/o, in un equipaggiamento installato in osmosi inversa stessa, che evidenzi se il risultato finale (prodotto) è conforme al previsto e specificato.

Questo strumento di controllo e analisi è sviluppato attraverso una modellazione matematica che presenta un risultato (Bega, 2011).

I parametri più noti sono il pH (potenziale idrogeno), la temperatura, PPM (particelle per milione) e la conduttività. Attraverso il pH dell'acqua è possibile identificare la viscosità dell'acqua. Nel caso dell'apparecchiatura ci è preoccupazione circa PPM, la temperatura e la conduttività e per una comprensione migliore il contesto dell'importanza di conduttività dell'acqua (Fernande, 2013) è stato avvicinato a.

Il campionamento dell'acqua in PPM è un'analisi attraverso una sonda formata da due elettrodi separati ad un cm ² di distanza l'uno dall'altro, al fine di analizzare la quantità di particelle esistenti nella distanza di un centimetro ².

Questo campionamento viene effettuato attraverso una tensione di ingresso fissa, tenendo debitamente conto del tipo di tensione applicata, essendo la cura necessaria per quanto riguarda il materiale analizzato e la qualità dell'acqua, che contiene ioni che quando applicato una tensione provoca gli ioni Espandendo, creando così risultati.

La temperatura è anche un fattore che può interferire con i risultati. Idealmente, quest'acqua quando è analizzata è la più vicina ad una temperatura di 25 º C.

Per la modellazione, la conduttività dell'acqua è stata interpretata come l'inverso della resistenza elettrica, cioè la resistenza elettrica come il suo nome suggerisce opporsi al passaggio della corrente elettrica e quando più alta questa resistenza sarà questa corrente elettrica Che passa attraverso di essa. La conduttività è la parte contraria a questa resistenza, cioè è la capacità che un medium deve propagare la corrente elettrica nell'acqua mineralizzata, trattando così come un'acqua ricca di sali minerali.

Questa conduttività tende ad essere alta obbligando in questo modo l'installazione di un sistema che controllerà questa condizione. Così, al fine di ridurre la conduttività dell'acqua in questo mezzo è stato possibile attraverso la modellazione matematica, definendo con precisione e obiettività il risultato. Una volta che il valore del risultato è stato specificato, è stato possibile sviluppare il sistema, che mira a misurare il risultato di questo prodotto (acqua demineralizzata).

Occupandosi dell'ambiente di chimica e di ingegneria, la conduttività elettrica nella vasta maggioranza ha relativa rappresentazione dai solidi in acqua minerale-ricca. Due solidi hanno un punto culminante:

• I composti che hanno carichi negativi, avendo nel loro strato di valenza elettroni liberi che sono i composti ionici, fosfati, cloruri, solfati.
• Gli altri sono quelli con carichi positivi, con perdita di elettroni nello strato di Valenza, che sono composti cationici, i cui esempi sono sodio, ferro, calcio, alluminio e ammoniaca (ville, 2013).

Quando si tratta di conduttività elettrica di un dato campione, questo, a sua volta, viene quantificata una grande quantità di composti raccolti in questo spettacolo, alcuni dei quali sono negativi e altri positivi. Questi composti in soluzione permettono il passaggio di energia elettrica, in acqua distillata o deionizzata. Quest'acqua che contiene solo H2O, la sua conduttività è vicina a zero uS/cm ², cioè è in qualche modo un'acqua isolante di valore nullo di conduttività elettrica.

L'equazione per esprimere la conduttività elettrica è:

La vostra unità è Siemes (S), (Bega, 2011).

OBIETTIVO

Il nostro articolo descrive il funzionamento di un sensore di conduttività controllato da un microcontrollore PIC-18f4520 con un campo di lavoro da 0 a 00, 55US/CM ¹. Questo sistema evidenzia attraverso un display LCD 16×2 il valore ottenuto nel sensore di conduttività, che viene trasmesso ad un amplificatore operativo modello lm741 che ha un guadagno regolato tramite un potenziometro di 100kΩ. Questo valore viene inviato al microcontrollore PIC-18f4520, dove viene visualizzato sul display LCD 16×2.

Il microcontrollore è anche responsabile della lettura del sensore di temperatura interno ed esterno, modello LM35. Per evidenziare il valore ottenuto sul display LCD è stato sviluppato un sistema HMI con tre menu:

• La prima, la temperatura interna in gradi Celsius (INT).
• La seconda, la temperatura esterna in gradi Celsius (EXT).
• La terza, la conduttività in ΜS/CM ¹ (COND).

Il microcontrollore è programmato per funzionare da 0 a 00, 55US/CM ¹, che permette il funzionamento di una uscita con commutazione a corrente alternata (AC) e consente di lavorare ad osmosi inversa, producendo acqua demineralizzata con un fattore di Purezza da 0 a 00, 55US/CM ¹. Se questo valore viene superato dal valore massimo programmato, il sistema disconnette l'uscita e quindi non consente la contaminazione dell'acqua già prodotta e stoccata in appositi serbatoi, soddisfacendo così l'obiettivo proposto che era quello di monitorare e controllare un Sistema ad osmosi inversa evitando guasti di contaminazione, se i filtri non riescono (Miyadaira, 2014).

Operazione

Osmosi inversa sono passi di separazione che utilizzano una pressione per forzare una soluzione attraverso una membrana che mantiene il soluto su un lato e permette al solvente di passare dall'altra parte. Nella Figura 01 è possibile visualizzare un sistema ad osmosi inversa modello acqua. Il sistema di osmosi è più formalmente costringendo la soluzione di una regione di elevata concentrazione di soluto attraverso una membrana ad una regione di bassa concentrazione di soluto, attraverso l'applicazione di una pressione esterna che supera la pressione osmotica (MAJOP, 2011).

Figura 1: modello ad osmosi inversa.

Affinché ogni sistema ad osmosi inversa funzioni correttamente, deve essere posto un processo di monitoraggio, dove indica che l'acqua trattata è con valori di soluto corretti e conduttività applicabile. L'obiettivo è che la conformità dei processi industriali, farmaceutici e ospedalieri che utilizzano questo sistema garantirà che questa risorsa sta trattando quell'acqua senza anomalia.

Il sensore di conduttività misura la capacità di guidare una corrente elettrica fra due elettrodi con una distanza di un centimetro ² fra loro. La corrente elettrica fluisce attraverso il trasporto dello ione con conseguente valore di conduttività (US/cm ²), anche conosciuto come (MHO) e sono misurati in micro Siemens, dovuto Siemens che è un'unità molto grande (Bega, 2011).

Per il sensore di conduttività che misura la conduttanza, è importante trovare la conduttività dell'acqua nel campione. Per determinare la conduttività, viene utilizzata la seguente equazione:

Dove G rappresenta la conduttanza. UN DDP (differenza potenziale) è applicato ad entrambi gli elettrodi. La corrente risultante è proporzionale alla conduttività dell'acqua nel campione. Questa corrente viene convertita in una tensione che verrà letta nel microcontrollore PIC 18f4520 e dimostrata attraverso il display LCD 16×2.

L'applicazione del sensore di conduttività è di trovare la concentrazione di solidi e di calcio totale disciolto.

Per calibrare il sensore viene utilizzato un sensore TDS & EC (Hold), modello B-MAX e acquisizione dati, Agilent 34972A per la temperatura. (Splabor; 2012).

Scheda di controllo

Nella figura 2 è possibile identificare l'analizzatore portatile utilizzato con riferimento per la regolazione del sensore di conduttività e dell'analizzatore per la temperatura.

Le caratteristiche del sensore utilizzato TDS & EC modello B-MAX.

Conducibilità da 0 a 9999/cm.

Tds 0 a 9999PPM.

Celsius 0,1 a 80,0 º C.

Fahrenheit 32,0 a 176,0 º F.

Le caratteristiche della temperatura standard utilizzate Agilent modello 34972 ª con termocoppia tipo T.

Temperatura -200 a 200 º C

Figura 2: analizzatori TDF e EC.

Per la simulazione del progetto è stato utilizzato un display LCD modello 16×2 interconnesso ad un microcontrollore PIC, modello 18f4520 con 4MHz di cristallo esterno, tutti installati nel Protobord con tensione massima applicata di 5V come si può vedere nella figura

Figura 3: simulazione Protobord prototipo.

Nella figura 4 è possibile una dimostrazione di lettura del sensore di temperatura in gradi Celsius e la lettura del sensore di conduttività visto attraverso il lettore LCD 16×2.

Nella figura 4. Visualizzazione di 16×2 LCD.

Nella figura 5 è possibile visualizzare il layout della scheda di controllo con microcontrollore, pic-18f4520, per il funzionamento è stato adottato un trasformatore di 6V/1A, un regolatore di tensione 7805 per fornire la tensione di lavoro del PIC-18f4520 (Capuano, 2013).

Figura 5: Descrizione dei componenti della scheda di controllo duplex.

Materiali e metodologia

La conduttività è definita come la capacità di un materiale in conduzione (ɪ) corrente elettrica, rappresentata dalla lettera greca σ o K, può essere definita come il rapporto tra la densità della corrente (j) e campo elettrico (e) che abbiamo, l'intensità della corrente in alcuni Le soluzioni dipendono dalla resistenza elettrica associata a questa stessa soluzione. (RAMALHO, 2009).

Figura 6: sistema di analisi della conduttività con elettrodi.

Per evitare un cambiamento nei valori misurati, una tensione è stata adottata e per la resistenza fra gli elettrodi la legge di Ohm (Ω) si applica.

R rappresenta la resistenza elettrica, Ohm (Ω), V rappresenta la tensione elettrica (Volt), i rappresenta la corrente elettrica, sustain (a). Nella figura 6 è possibile identificare il comportamento degli ioni in una soluzione (RAMALHO, 2009).

Un'altra dipendenza della conducibilità rispetto alla misura è collegata con la zona della superficie dell'elettrodo ed anche la distanza l'uno dall'altro. Per questo è usato un costante geometrico (), che rappresenta una costante della cellula in cui la conduttività può essere definita usando l'equazione:

La costante di cella è l'inverso del contatore. Così, l'equazione che definisce la conduttività:

Come resistività ρrepresents, la resistenza può essere definita attraverso l'equazione:

Dove rappresenta la distanza tra gli elettrodi, "a" rappresenta l'area tra gli elettrodi, essendo,. (RAMALHO, 2009). È molto importante notare che la cellula costante (), poiché è usata nell'equazione per indicare la resistenza ed il valore di conduttività.

Nel prototipo viene utilizzato un modello di elettrodo concentrico presentato in figura 6, che permette una costante, con valori da 0,01 a 0,1.

Per lo sviluppo di questo prototipo, la ricerca è stata condotta attraverso libri e articoli accademici relativi al tema della conduttività (RAMALHO, 2009).

Il micro-regolatore-pic18F4520 con l'orologio 4MHz esterno è stato usato, poiché è stato capito che più adatto all'esperimento in questione inoltre è stato usato l'amplificatore operativo LM741c in questo. Poiché la tensione applicata all'elettrodo deve essere convertita in un valore effettivo che può essere regolato tramite il potenziometro di 10KΩ per la regolazione del segnale, è stato necessario convertire la tensione applicata a valore effettivo. Per la lettura della temperatura, il LM35 è stato utilizzato dove è stato interconnesso con pic18F4520 e regolato dalla programmazione come un fattore di correzione di 1023bits, corrispondente alla tensione massima di lavoro del circuito 5 V. elenco dei componenti sono in tabella 1.

Tabella 1-elenco dei componenti

Fonte: autori, 2018.

RISULTATI E DISCUSSIONI

Durante lo sviluppo del prototipo è stato trovato grande difficoltà nella ricerca di materiale adeguato, che ha permesso una modellazione matematica che fa riferimento alla conduttività dell'acqua in termini di controllo da un sensore. Dopo aver trovato il materiale appropriato, è stata trovata un'altra difficoltà che si riferiva ai valori ottenuti che non erano coerenti con il valore letto dal pattern. Come soluzione è stato adottato il modello di amplificatore LM358 e ha avviato un controller per finestra che non è stato ottenuto il successo in quanto, il valore di conduttività era molto bassa e non consentendo una regolazione accurata nel valore massimo ottenuto. Dopo qualche ricerca è stato preso in considerazione che il microcontrollore PIC 18f4520 stesso permette questa regolazione massima di controllo, una volta programmato la variabile di conversione. Così, era possibile un aggiustamento di guadagno che consentiva un aggiustamento di valore rispetto alla norma adottata. Utilizzando un modello di amplificatore operativo, LM741, che può essere visto il suo diagramma schematico nella figura 7 e per evidenziare i valori di lettura, è stato adottato il display LCD modello 16×2, che nella prima linea si fa riferimento il parametro in analisi e nella seconda riga Abbassare il valore di lettura è identificato, questo sistema HMI dispone di tre menu che possono essere variati attraverso i tasti 2 1-Step e un altro ritorna.

Figura 7: piastra sensore conduttività.

Dopo la programmazione, i test di lettura sono stati eseguiti in alcuni punti di raccolta. Entrambi erano soddisfacenti per l'obiettivo proposto che era di controllare e controllare un sistema di osmosi inversa attraverso un sensore di conduttività dell'acqua.

Nella figura 8 è possibile controllare lo schema schematico del prototipo con i componenti appropriati.

Figura 8: diagramma schematico.

Per mostrare i risultati, è stato effettuato un test per dimostrare il funzionamento del sensore di conduttività. I valori visualizzati sul display LCD sono stati annotati nella tabella 2 e un grafico è stato sviluppato con le informazioni in figura 9.

Tabella 2 – dati di prova della conduttività del sensore.

Fonte: autori, 2018.

Durante il test di conduttività il sensore ha mostrato una piccola variazione all'interno del valore massimo di controllo 55, μs. I valori sono stati registrati a intervalli di 1 minuto nel periodo di 9 minuti.

Figura 9: diagramma di prova con sensore di conduttività.

In figura 10, è stato possibile visualizzare i valori di temperatura dei sensori LM35 interni, esterni e il sensore standard utilizzato (termocoppia tipo T).

Figura 10: diagramma di prova con sensori di temperatura.

Dopo un certo periodo di utilizzo è necessario eseguire lo scambio di filtri ad osmosi inversa. Questa volta è stabilito attraverso studi di risultati ottenuti in questo scambio è il primo il visuale per quanto riguarda le condizioni di questo filtro e un altro mezzo è attraverso l'analisi dei valori di conducibilità dell'acqua. Nella figura 11 è dotato di un filtro a carboni attivi e di un filtro da 5 Μ. Al momento dello scambio dopo un mese di utilizzo e un confronto con un filtro 5 µs in uso. Ciò giustifica l'importanza del sensore di conduttività per il controllo dell'acqua demineralizzata, dal momento che questa contaminazione era arrivata al serbatoio dell'acqua demineralizzata avrebbe contaminato la linea, impregnato il tubo danneggiando la macchina e Prodotto finale.

Figura 11: A – filtro al carbone, B – filtro 5 Μ, C – confronto del filtro prima e dopo lo scambio. Fonte: autori, 2018.

Per il controllo dell'osmosi è stato installato un cavo con una presa 10A che ha la tensione di alimentazione interrotta quando il sistema rileva una conduttività superiore a quella programmata che è 00,55 µs. Come mostrato in figura 8, per alimentare questa presa, il sistema attende 10 secondi per iniziare il suo funzionamento per evitare che si verifichi un'oscillazione di spegnimento, cioè che il sistema attesti 10 secondi ogni volta che l'alimentazione viene interrotta. Base del transistor BC 547. Opino RB7 del microcontrollore PIC-18F4520 è responsabile di questa trasparenza. Il sistema ha anche una protezione fusibile all'ingresso. Nella figura 12 è possibile visualizzare il prototipo finito con il sensore di conduttività e temperatura interna.

Figura 12: A – parte interna del prototipo, B – parte esterna del prototipo.

CONCLUSIONE

Il sistema di monitoraggio dell'osmosi dimostra in modo metodologico la creazione di un sistema affidabile secondo lo studio e l'applicazione del contenuto. Il prototipo è stato applicato alle letture dei quantitativi citati nell'articolo. In un modo che presenta il danno di contesto, il prototipo assicura gli obiettivi proposti. Tuttavia, i miglioramenti possono lasciare il dispositivo con maggiori informazioni circa l'acqua da demineralizzare, la quantità di prodotti da utilizzare, la previsione di scambio di filtri, la comunicazione tra l'HMI e sistemi di supervisione.

Questo prodotto con il quale viene dimostrata dimostra chiaramente come qualsiasi sistema può essere migliorato, il sensore J&J ha capacità tecniche e specifica di compiacere sia l'acquirente e l'utente. Il suo valore di mercato è totalmente all'interno degli standard di vendita come una tabella componente di facile acquisizione, ha dimostrato il suo uso semplice come visto nel suo funzionamento.

Per il processo attraverso il quale il prototipo è stato appropriato è una strategia di nuovo modello in cui tutto sarà visibile per l'utente in quanto ciò che sta accadendo nel sistema secondo le norme e fino alla sua chiusura per eventuali errori di procedure con indicatori. Per la sua modellazione è in grado di essere installato in luoghi di facile accesso e la sua lettura visibile soddisferà chiunque utilizzi il sensore J&J. a causa di ciò che è stato commentato, è la domanda che il nostro prototipo può essere utilizzato per diverse strutture, dove lo stesso è stato Testato in flussi elevati senza variazioni, ma per il principio di attività lo stesso ha portato a valori eccellenti con bassi flussi.

Osservando gli aspetti analizzati graficamente, si capisce che la risposta del sensore di conduttività presentato è molto opportuna, a causa della sua bassa variazione ed attendibilmente del suo utilizzo, poiché anche l'analisi della temperatura, rispetto UNO standard in cui il sensore ha registrato variazioni minime rispetto ad altre apparecchiature.

Conclusione-asciutto i risultati sono stati significativi ed efficaci. In questo modo il sensore J&J può essere usato in maniera affidabile.

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Allegato I

Figura 13: diagramma schematico.

^[1] Ha una formazione tecnica in elettronica, 2010, laurea in ingegneria elettronica da Faculdade Carlos Drummond de Andrade-Tatuapé-SP, ha un corso di leadership fase offensiva I e fase II da VOLVO del Brasile, dove ha iniziato come un tecnico di geometria, promosso a Almoxarife A e capo del magazzino, ha conoscenza e pratica nella validazione e qualificazione termica nel settore, ospedale, industria farmaceutica e alimentare, attualmente lavora con l'ingegneria clinica da parte della società Formedical

^[2] Laureato in ingegneria elettronica presso la facoltà Carlos Drummond de Andrade-Tatuapé-SP, ha corso tecnico in attrezzature mediche, tecnici in elettronica, risiede nello stato del attualmente lavora con l'ingegneria clinica

^[3] Professore Master Advisor, dei corsi di laurea in ingegneria elettronica e automazione industriale presso Faculdade Carlos Drummond de Andrade – Tatuapé – SP, laureato in ingegneria elettrica presso l'Università federale di Juiz de Fora (1977). Laurea Magistrale in ingegneria elettrotecnica presso l'Università federale di ABC.

^[4] CoOrdinatore dei corsi di laurea in ingegneria elettronica e automazione industriale presso Faculdade Carlos Drummond de Andrade – Tatuapé – SP