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CONTROL DE TERMOTANQUE BASADO EN EL SISTEMA “HEAT PUMP”
TRABAJO FINAL – ESPECIALIZACIÓN EN SISTEMAS EMBEBIDOS
1
AUTOR: Ing. Nelson Fortunatti (UNLP, ITBA)
DIRECTOR: Dr. Alejandro Ghersin (FIUBA, ITBA)
JURADOS: Mg. Ing. Facundo Larosa (UTN-FRH, FIUBA)
Ing. Nicolás Álvarez (FIUBA, UNSAM)
Esp. Ing. Ernesto Gigliotti (UTN-FRA, FIUBA)
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INTRODUCCIÓN 2
Termo-tanque
bomba de calor
Controlador
bomba de calor
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PROPÓSITO 3
Confeccionar el prototipo de un sistema de control basado en una bomba
de calor (BC).
• Intuitivo y simple (UX).
• Aporte gran variedad de funcionalidades.
• Posea una interfaz táctil robusta y de rápida respuesta.
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CARÁCTERÍSTICAS DEL SISTEMA 4
• Restringe el acceso al
usuario.
• No debe presentar fallas.
• Detección de anomalías y
reinicio del sistema.
• Interfaz gráfica intuitiva y
simple.
• Display táctil capacitivo.
• Diseño moderno y
dinámico.
• Selección diferentes
modos de operación.
• Utilizar un RTC.
• Realizar LOGS.
• El sistema se inicializa
automáticamente después
de iniciarse la SBC.
Orientadas a la
interfaz de usuario
Orientadas a
funcionalidades
Orientadas a la
calidad del sistema
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DIAGRAMA EN BLOQUES DEL TRABAJO 5
Inicio
Análisis del
proyecto.
Selección del
hardware.
Selección de
la pantalla
táctil.
Desarrollo
de la interfaz
gráfica.
Desarrollo
de la lógica
del sistema.
Selección del
hardware
definitivo.
Diseño y
fabricación
del PCB.
Interconexión
de
programas.
Corrección de
errores.
Optimización
del código.
Prueba de
campo del
sistema.
Etapa ajustes
finales y
confección de
documentos.
Fin
Tiempo de desarrollo: 177 días.
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SISTEMA HEAT PUMP 6
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E/S PARA EL CONTROL DEL SISTEMA 7
ENTRADAS
SENSADO DE TEMPERATURA
SALIDAS
ACCIONAMIENTO CON RELÉS
• Región inferior del tanque de
agua.
• Región superior del tanque de
agua.
• Entrada del evaporador.
• Compresor.
• Ventilador del evaporador.
• Resistencia.
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SELECCIÓN DEL SISTEMA DE PROCESAMIENTO
• Mayor robustez.
• Sistema desarrollado a medida.
• Mayor tiempo de desarrollo.
8
SINGLE BOARD COMPUTER
PLACA DE DESARROLLO BASADA EN CORTEX M
• Menor robustez.
• Posibilidad de utilizar software de alto nivel.
• Mucho menos tiempo de desarrollo.
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INTERFAZ GRÁFICA IMPLEMENTADA CON QT 9
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DISEÑO ORIENTADO AL PRODUCTO FINAL 10
Raspberry Pi 3B+ Raspberry Compute Module 3+
Raspberry Compute Module IO Board
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Potencia Confort
• BC y resistencia
calefactora.
• Consumo variable.
• Tiempo de establecimiento
variable.
• Prioridad:
MODOS DE OPERACIÓN 11
Económico
• Sólo BC.
• Consumo reducido.
• Tiempo de establecimiento
lento.
• Prioridad:
• BC y resistencia
calefactora.
• Consumo elevado.
• Tiempo de establecimiento
reducido.
• Prioridad:
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Descongelar StandbyAntibacterial
• Accionado por el usuario o
el sistema.
• Prioridad:
• Evita temperaturas bajas
en el evaporador.
• Prioridad:
• Sobrecalienta el agua.
• Reactivación periódica.
• Elimina bacterias.
• Prioridad:
MODOS DE OPERACIÓN (CONT) 12
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DIAGRAMA DE ESTADOS DEL SISTEMA 13
ECONÓMICO
CONFORT
POTENCIA
ANTIBACTERIAL
STANDBY DESCONGELAR
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ESTRUCTURA DE PROGRAMAS ASOCIADOS 14
SISTEMA OPERATIVO DE PROPOSITO GENERAL
Qt Quick Application
Frontend
Qt C++
Backend
Signals y
Slots
Programa en Qt Programa en C
TCP Read
TCP Write
Máquina de estados del
sistema
ADC
(I2C)
Logs
GPIO
Tratamiento
de datos
para
transmisión
Presentación
en pantalla
Entrada de
eventos
táctiles
Lectura de
sensores
Salidas a
reléTCP/IPTratamiento de
datos para
transmisión
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ALMACENAMIENTO DEL ESTADO DEL SISTEMA 15
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TESTING CON CEEDLING 16
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IMPLEMENTACION DEL HARDWARE 17
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IMPLEMENTACION DEL HARDWARE (CONT) 18
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IMPLEMENTACION DEL HARDWARE (CONT) 19
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PRUEBA DE CAMPO 20
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Tiempo [Min]
Temperatura
[°C]
15
20
25
30
35
40
45
50
10
Temperatura
región inferior
Temperatura
región superior
Temperatura
del evaporador
Temperatura
deseada
Modo
Económico
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RESULTADOS DE LA PRUEBA DE CAMPO 21
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RESULTADOS DE LA PRUEBA DE CAMPO (CONT) 22
Razón de cambio temperatura en reposo
Razón de cambio temperatura en calentamiento
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VIDEO DE DEMOSTRACIÓN 23
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VIDEO DE DEMOSTRACIÓN 24
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DESARROLLO DE LA NUEVA INTERFAZ 25
¿?
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CONCLUSIÓN 26
• Se demostraron muy buenos resultados durante la prueba de campo.
• Se puede obtener un sistema dedicado al análisis del comportamiento
del termo-tanque.
• Se puede analizar la performance obtenida al realizar variaciones en
los componentes de la bomba de calor.
• Se puede portar de forma directa el software desarrollado al Compute
Module 3+
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PRÓXIMOS PASOS 27
• Desarrollo del PCB para la Raspberry Compute Module 3+
• Implementación de la nueva interfaz gráfica.
• Conexión Wifi.
• Ajustes a nivel del sistema operativo.
• Robustez frente a cortes repentinos en la alimentación.
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FIN 28