Capteur J&J pour systeme de surveillance de conductivité par osmose

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

Landi, Jorge de Lima. Et al. Capteur J&J pour système de surveillance de la conductivité par osmose. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. 03 ans, Ed. 09, vol. 06, pp. 57-74 septembre 2018. ISSN : 0959-2448

RÉSUMÉ

Cet article a pour but de présenter un prototype et d'aider au développement des développements futurs de systèmes similaires, servant de base à son amélioration. L'article décrit le capteur d'osmose dont la fonction a analysé les aspects des quantités et des propriétés de l'eau, démontrant des résultats significatifs pour une meilleure utilisation de l'eau, en raison de plusieurs applications, par exemple, osmose, qui est responsable de Analyser la conductivité et la température de l'eau, l'amenant à être purifié pour pouvoir être utilisé dans la prochaine étape du système. Au cours de cet article, le capteur J&J de l'osmose a été développé, et ce détail, spécifié peut être informatisé, de sorte qu'une personne de peu d'informations techniques peuvent comprendre ce système et avec une formation adéquate, l'exécuter. Ainsi, il a été élaboré matériel qui facilitera son utilisation, étant cette innovation et qui s'est avéré être efficace, à faible coût et l'accessibilité facile. Le prototype a été assailli et testé en laboratoire et a obtenu de façon satisfaisante l'identification de l'eau dans des conditions de déminéralisation spécifiées.

Mots-clés: osmose, conductivité, capteur.

INTRODUCTION

UN système de contrôle est un ensemble de composants électriques, électroniques et mécaniques qui travaillent à prendre des décisions «intelligentes» au sujet d'un processus. Selon (OLIVEIRA, 2012), la plupart des contrôleurs utilisent les circuits électroniques complexes (tels que les processeurs) pour effectuer la mesure du processus et prendre les mesures appropriées.

L'eau est présente dans presque tout, comme dans l'air dans lequel nous respirons, dans le sol, dans les plantes et dans notre corps. Sur cette base, si une personne prend une certaine quantité d'eau contaminée, elle sera malade ou même peut mourir en raison de l'eau non purifiée ou appropriée pour la consommation humaine. Cela se produit également avec les machines qui font usage de l'eau, que ce soit pour la production, la réfrigération ou le nettoyage qui réduira leur capacité de production, la vie utile et même devenir inutile dans une fonction donnée (Rheinnheimer, 1998).

À cette fin, les machines qui dépendent de l'eau pour la production ou la réfrigération ont la nécessité de passer par un système de filtration, dont le nom du système est l'osmose inverse, qui n'est rien de plus qu'un système avec un ensemble de filtres développés précédemment, avec le Le but d'éliminer les impuretés et les minéraux qui endommagent l'équipement.

Pour beaucoup, il ne sera un système de filtrage, mais dans le contexte de domaines tels que la chimie, la pharmacie, la santé et l'ingénierie, il est un système plus complexe que juste un filtre à la maison, étant un système de contrôle qui permet la preuve à travers des échantillons Effectuée dans des laboratoires spécialisés et/ou, dans un équipement installé dans l'osmose inverse elle-même, qui démontre si le résultat final (produit) est conforme aux prévisions et spécifiées.

Ce matériel de contrôle et d'analyse est développé grâce à une modélisation mathématique qui présente un résultat (Bega, 2011).

Les paramètres les plus connus sont le pH (potentiel hydrogéné), la température, le PPM (particules par million) et la conductivité. Par le pH de l'eau il est possible d'identifier la viscosité de l'eau. Dans le cas de l'équipement, il y a des inquiétudes au sujet du PPM, de la température et de la conductivité et pour une meilleure compréhension du contexte de l'importance de la conductivité de l'eau (Fernande, 2013) a été approché.

L'échantillonnage de l'eau en PPM est une analyse à travers une sonde formée par deux électrodes séparées à un centimètre ² de distance les uns des autres, visant à analyser la quantité de particules existantes dans la distance d'un cm ².

Cet échantillonnage est effectué à travers une tension d'entrée fixe, en prenant dûment soin du type de tension appliquée, en étant le soin nécessaire en ce qui concerne le matériau analysé et la qualité de l'eau, qui contient des ions qui, lorsqu'il est appliqué une tension provoque les ions En expansion, créant ainsi des résultats.

La température est également un facteur qui peut interférer avec les résultats. Idéalement, cette eau lorsqu'elle est analysée est la plus proche d'une température de 25 º C.

Pour la modélisation, la conductivité de l'eau a été interprétée comme l'inverse de la résistance électrique, qui est, la résistance électrique comme son nom l'indique s'opposer au passage du courant électrique et quand plus cette résistance sera ce courant électrique Qui passe à travers elle. La conductivité est la partie contraire à cette résistance, c'est-à-dire, c'est la capacité qu'un médium doit propager (conduire) le courant électrique dans l'eau minéralisée, traitant aussi bien qu'une eau riche en sels minéraux.

Cette conductivité tend à être élevée obligeant de cette façon l'installation d'un système qui contrôlera cette condition. Ainsi, afin de diminuer la conductivité de l'eau dans ce milieu a été possible grâce à la modélisation mathématique, en définissant avec précision et objectivité le résultat. Une fois que la valeur du résultat a été spécifiée, il a été possible de développer le système, qui vise à mesurer le résultat de ce produit (eau déminéralisée).

Traitant de l'environnement de la chimie et de l'ingénierie, la conductivité électrique dans la grande majorité a sa représentation par des solides dans l'eau minérale-riche. Deux solides ont un point culminant:

• Les composés qui ont des charges négatives, ayant dans leur couche d'électrons libres de Valence qui sont les composés ioniques, les phosphates, les chlorures, les sulfates.
• Les autres sont ceux qui ont des charges positives, avec la perte d'électrons dans la couche de Valence, qui sont des composés cationiques, dont les exemples sont le sodium, le fer, le calcium, l'aluminium et l'ammoniac (VILLAS, 2013).

Quand il s'agit de la conductivité électrique d'un échantillon donné, ce, à son tour, est quantifiée une grande quantité de composés rassemblés dans ce spectacle, dont certains sont négatifs et d'autres positifs. Ces composés en solution permettent le passage de l'électricité, dans l'eau distillée ou désionisée. Cette eau qui contient seulement H2O, sa conductivité est proche de zéro uS/cm ², c'est-à-dire, c'est en quelque sorte une eau isolante de valeur nulle de conductivité électrique.

L'équation pour exprimer la conductivité électrique est:

Votre unité est Siemes (S), (Bega, 2011).

OBJECTIF

Notre article décrit le fonctionnement d'un capteur de conductivité contrôlé par un microcontrôleur PIC-18f4520 avec une plage de travail de 0 à 00, 55US/CM ¹. Ce système démontre à travers un écran LCD 16×2 la valeur obtenue dans le capteur de conductivité, qui est transmis à un amplificateur de fonctionnement modèle LM741 qui a un gain ajusté par un potentiomètre de 100kΩ. Cette valeur est envoyée au microcontrôleur PIC-18f4520, où elle est affichée sur l'écran LCD 16×2.

Le microcontrôleur est également responsable de la lecture du capteur de température interne et externe, modèle LM35. Pour mettre en évidence la valeur obtenue sur l'écran LCD a été développé un système HMI avec trois menus:

• La première, la température interne en degrés Celsius (INT).
• La seconde, la température externe en degrés Celsius (EXT).
• La troisième, la conductivité en ΜS/CM ¹ (COND).

Le microcontrôleur est programmé pour fonctionner de 0 à 00, 55US/CM ¹, ce qui permet le fonctionnement d'une sortie avec une commutation de courant alternatif (AC) et permettant à une osmose inverse de travailler, produisant de l'eau déminéralisée avec un facteur de Pureté de 0 à 00, 55US/CM ¹. Si cette valeur est dépassée par la valeur maximale programmée, le système déconnecte la sortie et ne permet donc pas la contamination de l'eau déjà produite et entreposée dans des réservoirs appropriés, remplissant ainsi l'objectif proposé qui était de surveiller et de contrôler un Système d'osmose inverse évitant les pannes de contamination, si les filtres échouent (Miyadaira, 2014).

Opération

L'osmose inverse sont des étapes de séparation qui utilisent une pression pour forcer une solution à travers une membrane qui maintient le soluté d'un côté et permet au solvant de passer de l'autre côté. Dans la figure 01, il est possible de visualiser un système d'eau modèle d'osmose inverse. Le système d'osmose est plus formellement forcer la solution d'une région de concentration de soluté élevé à travers une membrane à une région de faible concentration de soluté, par l'application d'une pression externe qui dépasse la pression osmotique (MAJOP, 2011).

Figure 1: modèle d'osmose inverse.

Afin que chaque système d'osmose inverse fonctionne correctement, un processus de surveillance doit être placé, où il indique que l'eau traitée est avec des valeurs de soluté correctes et la conductivité applicable. L'objectif est que la conformité des processus industriels, pharmaceutiques et hospitaliers qui utilisent ce système permettra de s'assurer que cette ressource traite cette eau sans anomalie.

Le capteur de conductivité mesure la capacité de conduire un courant électrique entre deux électrodes d'une distance d'un cm ² entre eux. Le courant électrique passe par le transport de l'ion résultant en une valeur de conductivité (US/cm ²), également connu sous le nom (MHO) et sont mesurés dans le micro Siemens, en raison de Siemens étant une très grande unité (Bega, 2011).

Pour le capteur de conductivité mesurant la conductance, il est important de trouver la conductivité de l'eau dans l'échantillon. Pour déterminer la conductivité, l'équation suivante est utilisée:

Où, G représente la conductance. UNE DDP (différence potentielle) est appliquée aux deux électrodes. Le courant résultant est proportionnel à la conductivité de l'eau dans l'échantillon. Ce courant est converti en une tension qui sera lue dans le microcontrôleur de pic 18f4520 et démontrée par l'affichage à cristaux liquides 16×2.

L'application du capteur de conductivité est de trouver la concentration de solides et de calcium total dissous.

Pour étalonner le capteur est utilisé un portable TDS & EC (Hold) capteur modèle B-MAX et l'acquisition de données, Agilent 34972a pour la température. (Accouchement; 2012).

Tableau de commande

Dans la figure 2 il est possible d'identifier l'analyseur portatif qui a été employé avec la référence pour ajuster le capteur de conductivité et l'analyseur pour la température.

Les caractéristiques du capteur utilisé TDS & EC modèle B-MAX.

Conductivité 0 à 9999us/cm.

Tds 0 à 9999PPM.

Celsius 0,1 à 80,0 º C.

Fahrenheit 32,0 à 176,0 º F.

Les caractéristiques de la norme de température utilisée Agilent modèle 34972 ª avec thermocouple de type T.

Température -200 à 200 º C

Figure 2: TDF et analyseurs EC.

Pour la simulation du projet a été utilisé un écran LCD modèle 16×2 interconnectés à un microcontrôleur PIC, modèle 18f4520 avec 4MHz cristal externe, tous installés dans le Protobord avec une tension maximale appliquée de 5V comme on peut le voir dans la figure

Figure 3: simulation Protobord prototype.

Dans la figure 4 est possible une démonstration de la lecture du capteur de température en degrés Celsius et la lecture du capteur de conductivité vu à travers le lecteur LCD 16×2.

La figure 4. Affichage des 16×2 LCD.

Dans la figure 5, il est possible de visualiser la disposition de la carte de contrôle avec microcontrôleur, pic-18f4520, pour l'opération a été adopté un transformateur de 6V/1a, un régulateur de tension 7805 pour fournir la tension de fonctionnement du pic-18f4520 (Capuano, 2013).

Figure 5: description des composants de la carte de contrôle duplex.

Matériaux et méthodologie

La conductivité est définie comme la capacité d'un matériau dans le courant conducteur (ɪ) électrique, représentée par la lettre grecque σ ou K, peut être définie comme le rapport entre la densité du courant (j) et le champ électrique (e) que nous avons, l'intensité du courant dans certains Les solutions dépendent de la résistance électrique associée à cette même solution. (RAMALHO, 2009).

Figure 6: système d'analyse de conductivité avec électrodes.

Pour éviter un changement des valeurs mesurées, une tension a été adoptée et pour la résistance entre les électrodes la Loi d'Ohm (Ω) s'applique.

R représente la résistance électrique, Ohm (Ω), V représente la tension électrique (Volt), je représente le courant électrique, sustain (a). Dans la figure 6, il est possible d'identifier le comportement des ions dans une solution (RAMALHO, 2009).

Une autre dépendance de la conductivité par rapport à la mesure est liée à la zone de la surface d'électrode et aussi à la distance l'un de l'autre. Pour cela, il est utilisé une constante géométrique (), qui représente une constante de cellule où la conductivité peut être définie en utilisant l'équation:

La constante de cellule est l'inverse du compteur. Ainsi, l'équation qui définit la conductivité:

Comme résistivité ρrepresents, la résistance peut être définie par l'équation:

Lorsqu'il représente la distance entre les électrodes, "a" représente la zone entre les électrodes, étant,. (RAMALHO, 2009). Il est très important de noter que la constante de cellule (), puisqu'elle est employée dans l'équation pour indiquer la résistance et la valeur de la conductivité.

Dans le prototype est utilisé un modèle d'électrode concentriques présenté à la figure 6, qui permet une constante, avec des valeurs de 0,01 à 0,1.

Pour le développement de ce prototype, des recherches ont été menées à travers des livres et des articles académiques liés au sujet de la conductivité (RAMALHO, 2009).

Le micro-contrôleur-pic18F4520 avec l'horloge 4MHz externe a été utilisé, car il était entendu que le mieux adapté à l'expérience en question a également été utilisé l'amplificateur opérationnel LM741c dans ce. Etant donné que la tension appliquée à l'électrode doit être convertie en une valeur effective qui peut être réglée par le potentiomètre de 10kΩ pour le réglage du signal, il est nécessaire de convertir la tension appliquée en valeur effective. Pour la lecture de la température, le LM35 a été utilisé là où il a été interconnecté avec pic18F4520 et ajusté par programmation comme facteur de correction de 1023bits, correspondant à la tension de service maximale du circuit 5 V. la liste des composants est dans le tableau 1.

Tableau 1-liste des composants

Source: auteurs, 2018.

RÉSULTATS ET DISCUSSIONS

Pendant le développement du prototype a été trouvé une grande difficulté à trouver du matériel adéquat, ce qui a permis une modélisation mathématique référençant la conductivité de l'eau en termes de contrôle par un capteur. Après avoir trouvé le matériel approprié, une autre difficulté a été trouvée qui a été référencée aux valeurs obtenues qui n'étaient pas cohérentes avec la valeur lue par le modèle. Comme une solution a été adoptée le modèle de l'amplificateur LM358 et a commencé un contrôleur par fenêtre qui n'a pas obtenu de succès depuis, la valeur de conductivité était très faible et ne permettant pas un ajustement précis de la valeur maximale obtenue. Après quelques recherches ont été prises en considération que le microcontrôleur PIC 18f4520 lui-même permet ce réglage de contrôle maximum, une fois programmé la variable de conversion. Ainsi, il était possible d'effectuer un ajustement de gain qui permettait un ajustement de la valeur par rapport à la norme adoptée. En utilisant un modèle d'amplificateur opérationnel, LM741, qui peut être vu son schéma schématique dans la figure 7 et à la preuve des valeurs de lecture, a été adopté le modèle d'affichage LCD 16×2, qui, dans la première ligne est référencé le paramètre dans l'analyse et dans la deuxième ligne Abaissez la valeur de lecture est identifiée, ce système HMI a trois menus qui peuvent être variés par le biais de boutons 2 1-Step et un autre retour.

Figure 7: plaque de capteur de conductivité.

Après la programmation, des tests de lecture ont été effectués à certains points de collecte. Les deux ont été satisfaisants pour l'objectif proposé qui était de contrôler et de surveiller un système d'osmose inverse par un capteur de conductivité de l'eau.

Dans la figure 8, il est possible de vérifier le schéma schématique du prototype avec les composants appropriés.

Figure 8: schéma schématique.

Pour montrer les résultats, un test a été effectué pour démontrer le fonctionnement du capteur de conductivité. Les valeurs affichées sur l'écran LCD ont été annotées dans le tableau 2 et un graphique a été développé avec les informations de la figure 9.

Tableau 2 – données d'essai de conductivité du capteur.

Source: auteurs, 2018.

Pendant l'essai de conductivité, le capteur a montré peu de variation dans la valeur de contrôle maximale 55, μs. Les valeurs ont été enregistrées à intervalles de 1 minute au cours de la période de 9 minutes.

Figure 9: test graphique avec capteur de conductivité.

Dans la figure 10, il a été possible de visualiser les valeurs de température des capteurs LM35 internes et externes et du capteur standard utilisé (thermocouple de type T).

Figure 10: test graphique avec capteurs de température.

Après un certain temps d'utilisation il est nécessaire d'effectuer l'échange des filtres d'osmose inverse. Ce temps est établi par des études des résultats obtenus dans cet échange étant le premier le visuel quant aux conditions de ce filtre et un autre milieu est par l'analyse des valeurs de conductivité de l'eau. Dans la figure 11, il comporte un filtre à charbon actif et un filtre de 5 Μ. Au moment de l'échange après un mois d'utilisation et une comparaison avec un filtre 5 µs en cours d'utilisation. Cela justifie l'importance du capteur de conductivité pour le contrôle de l'eau déminéralisée, puisque cette contamination a été arrivée au réservoir d'eau déminéralisée aurait contaminé la ligne, imprégné le tuyau d'endommager la machine et Produit final.

Figure 11: A – filtre à charbon, B – filtre 5 Μ, C – comparaison du filtre avant et après l'échange. Source: auteurs, 2018.

Pour la commande d'osmose a été installé un câble avec une prise de 10A qui a l'alimentation de tension interrompue quand le système détecte une conductivité supérieure à la programmée qui est 00,55 µs. Comme le montre la figure 8, pour alimenter cette prise, le système attend 10 secondes pour démarrer son fonctionnement afin d'éviter qu'une oscillation d'arrêt ne se produise, c'est-à-dire que le système attend 10 secondes chaque fois que l'alimentation est interrompue. Base du transistor BC 547. Opino RB7 du microcontrôleur PIC-18F4520 est responsable de cette incrustation. Le système a également une protection fusible à l'entrée. Dans la figure 12, il est possible de visualiser le prototype fini avec la conductivité et le capteur de température interne.

Figure 12: A – partie interne du prototype, B – partie externe du prototype.

CONCLUSION

Le système de surveillance par osmose démontre de manière méthodologique la création d'un système fiable en fonction de l'étude et de l'application du contenu. Le prototype a été appliqué aux lectures des quantités citées à l'article. D'une manière qui présente des dommages de contexte, le prototype assure les objectifs proposés. Toutefois, les améliorations peuvent laisser l'appareil avec plus d'informations sur l'eau à déminéraliser, la quantité de produits à utiliser, la prédiction de l'échange de filtres, la communication entre l'HMI et les systèmes de surveillance.

Ce produit par lequel il est démontré démontre clairement comment n'importe quel système peut être amélioré, le capteur de J&J a la capacité technique et spécifie pour plaire à la fois l'acheteur et l'utilisateur. Sa valeur de marché est totalement dans les normes de vente comme une table de composants d'acquisition facile, a démontré son utilisation simple comme vu dans son fonctionnement.

Pour le processus par lequel le prototype était approprié est une nouvelle stratégie de modèle où tout sera visible à l'utilisateur depuis ce qui se passe dans le système selon les normes et jusqu'à son arrêt pour les éventuelles erreurs de procédures avec des indicateurs. Pour sa modélisation est capable d'être installé dans des lieux d'accès facile et sa lecture visible plaira à tous ceux qui utilisent le capteur J&J. en raison de ce qui a été commenté, c'est la question que notre prototype peut être utilisé pour plusieurs structures, où la même chose a été Testé dans des flux élevés sans variations, mais pour le principe de l'activité de la même a abouti à d'excellentes valeurs avec des débits faibles.

En observant les aspects analysés graphiquement, il est entendu que la réponse du capteur de conductivité présenté est très appropriée, en raison de sa faible variation et fiable de son utilisation, puisque aussi l'analyse de la température, par rapport à UNE norme où le capteur a enregistré des variations minimes par rapport à d'autres équipements.

Conclusion-séchage les résultats ont été significatifs et efficaces. De cette façon, le capteur J&J peut être utilisé de manière fiable.

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Annexe I

Figure 13: schéma schématique.

^[1] Il a une formation technique en électronique, 2010, diplômé en génie électronique de Faculdade Carlos Drummond de Andrade-Tatuapé-SP, a un cours de leadership offensive phase I et phase II par VOLVO du Brésil où il a commencé comme technicien en géométrie, promu à Almoxarife a et chef de l'entrepôt, a la connaissance et la pratique dans la validation et la qualification thermique dans le secteur, hôpital, pharmaceutique et industrie alimentaire, travaille actuellement avec l'ingénierie clinique par l'entreprise formée

^[2] Diplômé en génie électronique de la faculté Carlos Drummond de Andrade-Tatuapé-SP, a cours technique en équipement médical, techniciens en électronique, réside dans l'état de travaux actuellement avec le génie clinique

^[3] Professeur Maître conseiller, des cours de premier cycle en génie électronique et en automatisation industrielle chez Faculdade Carlos Drummond de Andrade – Tatuapé – SP, diplômé en génie électrique de l'Université fédérale de Juiz de Fora (1977). Maîtrise en génie électrique de l'Université fédérale d'ABC.

^[4] CoOrdinateur de cours de premier cycle en génie électronique et automatisation industrielle chez Faculdade Carlos Drummond de Andrade – Tatuapé – SP