Cafetera de vacoIntroduccin El caf es un brebaje que a lo largo del tiempo tuvo una gran aceptacin, se presume que fue descubierto en lo que ahora es Etiopia por un pastor que observo que sus cabras coman un tipo de bayas y las vitalizaba, despus de eso se fueron llevando a diferentes personas que de una u otra manera fueron encontrando sus atributos, llevando as la primera cafetera en 1475 en Constantinopla, fue muy polmico su aceptacin ya que no identificaban si era una droga o una bebida especial.En la actualidad el caf es una de las bebidas que tienen mucha importancia, para un gran nmero de personas la ingesta de caf se lleva desde las primeras horas del da, de la misma manera que se haca cuando se descubri, esta es una bebida energizante y antioxidante entre otros atributos, esto nos lleva al desarrollo y experimentos en la forma de hacer caf.La cafetera de vaco es una de tantas formas que hay para hacer caf, esta fue inventada en 1830, y se siguen haciendo inventos para hacer esta exquisita bebida.

Descripcin del proceso de la cafeteraLa cafetera funciona por medio del calor inducido, principalmente se tienen dos recipientes de cristal, uno sobre del otro y uno introducido en el otro, el proceso es sencillo:FuncionamientoEsta cafetera utiliza la infusin en vez de la filtracin, y su funcionamiento es el siguiente:El agua es calentada en la cmara inferior y este sube a travs del tubo vertical a la cmara superior donde se encuentra con el caf molido.El lquido continua subiendo empujado por el aire caliente en expansin y cuando prcticamente todo el lquido ha subido se retira o se apaga la fuente de calor, que comnmente sola ser un mechero de alcohol en la mayora de los diseos iniciales.Al no estar ya presente la fuente de calor el aire del recipiente inferior se enfra y se contrae, creando un vaco que hace que el lquido de la parte superior vuelva a pasar por el filtro y caiga de nuevo a la zona inferior.ElaboracinSe abre la cafetera y se pone el agua en la parte inferior en una proporcin de 1 litro de agua por cada 10 cucharadas de caf. Si se quiere que el caf se realice mas rpidamente se puede usar agua previamente calentada.Se conecta la parte superior que suele tener forma de copa, y se aade el caf en esta por su apertura superior.Se enciende el mechero de alcohol o bien se enciende la placa en el caso de que este diseada para funcionar con una placa elctrica.El agua comenzara a subir a la parte superior y cuando la mayora del lquido a alcanzado esta zona se remueve durante unos instante la solucin con una cuchara y se apaga el fuego.Ahora al enfriarse el aire de la parte inferior de la cafetera comenzara a absorber el lquido hacia abajo y cuando todo el lquido a cado, se desmonta la cafetera y el caf est listo para ser tomado.

Desarrollo El principio fsico con el que se trabaja es el de diferencia de presiones entre un recipiente cerrado y uno abierto, conectados por una manguera. En el recipiente cerrado se introduce el agua, mientras que al recipiente cerrado se le introduce el caf. El recipiente cerrado es un matraz con un corcho, con dos agujeros para la manguera y el sensor. La temperatura se eleva con una parrilla elctrica y se acelera el enfriamiento con dos ventiladores. Se utiliza un sensor de presin diferencial, en este caso es el MPX2010DP. Como el rango en el que trabaja es de mili volts, se amplifica con un INA129 ajustado con un offset para bajar la seal cuando no se est midiendo nada (excepto la presin atmosfrica) y con una ganancia al inicio cercana a los 10. La forma en la que se obtiene la ganancia en el INA128 es:

Se utiliz una resistencia de 5.6K. Se prob que funcionara con la ayuda de una manguera y una jeringa, y se obtenan voltajes cercanos a los 0.1 volts, por lo que se cambi la ganancia a 100. Cuando medimos la presin en el proceso real, se obtenan voltajes muy pequeos, por lo que se cambi la ganancia a 5000. Para obtener esta ganancia, se utiliz una resistencia de 100.

Para no saturar al amplificador de instrumentacin, se utiliz una etapa ms de amplificacin con un LM324 con configuracin de amplificador no inversor.

Su funcin de transferencia es:

Realizando las mediciones de todo el proceso, se encontr que la presin detectada sube muy poco hasta que empuja al agua por la manguera hacia el otro recipiente, y cuando ya no hay lquido en el matraz, existe un pico muy grande, para despus bajar y estabilizarse. Esto no se contempl en un principio, pero encaj perfectamente para la automatizacin del apagado de la parrilla elctrica controlada por un relevador. La ganancia de la segunda etapa de amplificacin, tomando en cuenta el pico de voltaje y la ganancia en la primera etapa, termin en una ganancia de 3, para que el voltaje final fuera cercano a los 3 volts que soporta el microcontrolador MSP430G2452 y el ARDUINO MEGA.Cuando el pico de voltaje es detectado, el MPS430G2452, por medio de un opto acoplador que controla un transistor y a su vez un relevador, desactiva la parrilla para dejar que se enfre el aire en el matraz y crear una presin negativa. Cuando el lquido se transporta al otro recipiente, el detector infrarrojo manda una seal al ARDUINO, y ste enciende los ventiladores para acelerar el proceso de enfriado. Una vez que se regresa todo el lquido al matraz, el detector infrarrojo deja de mandar la seal y se apagan los ventiladores, con lo que se termina el proceso.

Construccin Se lograron obtener varios circuitos impresos para la implementacin del proyecto, estos circuitos se hicieron por partes dejando cada etapa separada, el proyecto consta de las siguientes etapas:Etapa 1Se tiene un sensor de presin que es el que nos da las variables a manipular, esta etapa cuenta con un amplificador operacional en un empaquetado INA128, este componente es el que nos amplifica la seal del sensor y es ms fcil manipular la variable, tambin desde esta etapa se hace dos procesos de seales, primero es para el control del prendido y apagado de la parrilla por medio de un relee y el microcontrolador MSP430, a su vez se tiene conectado el ARDUINO MEGA que es el que capta la seal de salida del INA128 y que est registrando el voltaje a travs del ADC y se despliega a una grfica de MATLAB para graficar el comportamiento de la planta en referencia a la presin que se tiene en el proceso.

Figura 1. Diagrama esquemtico de conexiones de la etapa 1.Etapa 2Se tiene un control nivel de lquidos con un sensor infrarrojo que est detectando si hay agua o no en nuestro contenedor, este sensor est conectado a un pequeo arreglo de elementos electrnicos para mandar esta seal al ARDUINO MEGA, el microprocesador esta sensando esta seal por medio del ADC y est comparando con cierto valor establecido, una vez que haya sobrepasado el valor de comparacin.

Figura 2. Diagrama esquemtico de conexiones de la etapa2.Etapa 3Una vez que haya sobrepasado el valor prestablecido el microcontrolador mandara una de sus salidas en alto a un arreglo de transistores, el primero es un BJT npn BC548 que es mi acople para el microcontrolador, el segundo transistor es un transistor de potencia TIP41 que este va a estar en corte y saturacin dependiendo del transistor anterior, este transistor est conectado a los ventiladores que son nuestro refrigerante para la planta.

Figura 3. Diagrama esquemtico conexiones de la etapa 3.

Etapa 4Esta etapa consta de un actuador que es un relee, este actuador est conectado a un opto acoplador que a su vez est conectado al MSP430, el microcontrolador controla el encendido y apagado del relee y este har que apague la parrilla.

Figura 4. Diagrama esquemtico de conexiones de la etapa 4.

ProgramacinARDUINO MEGA//Control de ventiladores y procesamiento de seales del//sensor de presin.#include LiquidCrystal lcd(4, 6, 8, 9, 10, 11 );void setup() { Serial.begin(9600); lcd.begin(16, 2); pinMode(30, OUTPUT); }void loop() { double presion=analogRead(A1); double adc=(presion*5)/1023; Serial.println(presion); lcd.setCursor(0,0); lcd.print(presion*5/1023); lcd.setCursor(0,1); lcd.write("Sensor de presencia"); delay(100);

if(analogRead(A1)>=700){ delay(10000); digitalWrite(30, HIGH); } else{ delay(5000); digitalWrite(30, LOW); } }

MATLABfunction Matlab_Arduino(numero_muestras) % Matlab + Arduino Serial Port communication

close all;clc;y=zeros(1,1000); %Vector donde se guardarn los datos %Inicializo el puerto serial que utilizardelete(instrfind({'port'},{'COM19'}));puerto_serial=serial('COM19');puerto_serial.BaudRate=9600;warning('off','MATLAB:serial:fscanf:unsuccessfulRead'); %Abro el puerto serialfopen(puerto_serial); %Declaro un contador del nmero de muestras ya tomadascontador_muestras=1; %Creo una ventana para la grficafigure('Name','Serial communication: Matlab')title('SERIAL COMMUNICATION MATLAB+ARDUINO');xlabel('Nmero de muestra');ylabel('Voltaje (V)');grid on;hold on; %Bucle while para que tome y dibuje las muestras que queremoswhile contador_muestras