Universidad Mayor de San Andres Ingenieria

Termica

Abimelec Sanchez

Saul Charca Ochoa

09/11/2015

2015Sensores de llama

Sensores de llama

Sensores de llama

Introducción 

Cualquier cuerpo a una temperatuta superior a 0 K emite radiacion electromagnetica debido a la vibracion que experimenta las particulas, atomos y moleculas del cuerpo. Esta radiacion se denimina radiacion termica. En principio existen dos tpos de sensores conocidos por su capacidad de responder a su radiacion termica: Los sensores cuanticos y los sensores termicos.

Los sensores cuanticos estan basados en el efecto fotoelectrico o efecto que provoca la interaccion de fotones en la red cristalina de un material semiconductor.

Los sensores termicos estan basodos en el incremento de temperatura que se produce en ciertos materiales al absorver parte de la radiacion incidente; el incremento de temperatura puede ser una medida de la radiacion emergente.

Este informe está enfocado a presentar una serie de sensores para deteccion de llama utilizados, teniendo en cuenta su definición, componentes, aspectos y procesos relevantes para que se dectecten de manera efectiva, desde una perspectiva amplia, teniendo en cuenta su pasado, su presente y su futuro. Tener un entendimiento de la presencia de llama en su sentido más puro, implica hacer un ejercicio de lectura profundo y de recopilación de varias fuentes, buscando exponer una relación clara en el concepto, abarcando por supuesto, la comprensión lectora del autor. 

Cabe mencionar que el proceso de la presencia de llama pertenece a la proteccion y seguridad del quemador, enterderlo facilita la creación y mejora de nuevos elementos, además de proveer y extender globalmente las ciencias que existen. El detector de llama tiene como misión interrumpir la salida de combustible del quemador en caso de que se extinga la llama. 

En cuanto a la parte académica de este informe, el docente se encuentra comprometido con la orientación y evaluación de esta actividad, con la cual se lograría superar procesos pendientes con el área a cargo. El compromiso sobre este informe de lectura es vital para favorecer el aprendizaje y la aplicación correcta de los conocimientos adquiridos durante la formación. 

Sensores de llama

Objetivos 

Objetivo General:

Aplicar los conocimientos más básicos de las materias base para poder desarrollar una solución presente una respuesta a circuitos basicos en cuanto a la construccion de sensores de llama simple a los complejos de proceso industrial, en la que se utilicen cálculos, se desarrollen acciones en base a decisiones y se repitan instrucciones, orientado al mejor empleo de estos y su desarrollo.

Objetivos Específicos: 

Presentar los elementos básicos de circuitos electronicos simples que muestren el principio de funcionamiento de decteccion de llama. 

Entender cómo se compila y ejecuta el circuito. 

 

Efecto piroelectrico

El efecto piroeléctrico es análogo al piezoeléctrico, pero en lugar de la aparición de cargas eléctricas cuando se deforma un material, aquí se trata de la aparición de cargas superficiales en una dirección determinada cuando el material experimenta un cambio de temperatura. Estas cargas son debidas al cambio de su polarización espontánea al variar la temperatura. Recibió este nombre de D. Brewster en 1824, pero es conocido desde hace más de 2000 años.

Si el cambio de temperatura, , es uniforme en todo el material, el efecto piroeléctrico se describe mediante el coeficiente piroeléctrico, que es un vector, de la forma:

ΔP=p ΔT

Este efecto seaplica sobre todo ala detecciónde radiación térmicaa temperaturaambiente .Paraello sedisponendos electrodosmetálicosen dirección perpendicular a la de polarización, formándoseuncondensador queactúa como sensor térmico .Cuando el detector absobe radiacióncambiasu temperatura ycon ella su polarización , produciendounacarga superficial en las placas del condensador .Siel área donde incide la radiaciónes A y el grosordel detector ,b ,es suficientemente pequeño para poder suponer que los gradientes de temperaturaenél sondespreciables ,la carga inducidaserá

:

ΔQ=A∗p ΔT

donde ΔT es el incremento de temperatura experimentado por el detector. La tensión obtenida será

Sensores de llama

V a=ΔQC

Cuando laradiación incidente es pulsante y tieneuna potenciaPi ,la tensiónobtenidaenel condensador es

V a=R∗Pi

Ladependencia frecuencial de Rv es , pues , de tipo pasobajo .Parasensores comerciales decrece a partir de frecuenciasdel ordende 0,1Hz .

Lacorriente decortocircuito equivalente es

donde Ri es laresponsividad en corriente, que vienedada por

R= αD∗ωτCe∗b(1−ωτ )

Ri es plana para radiaciones de frecuencia mayor que la determinada por la constante térmica del material.

Principio de funcionamiento de Fotodiodos

Un fotodiodo es una unión PN o estructura P-I-N. Cuando un haz de luz de suficiente energía incide en el diodo, excita un electrón dándole movimiento y crea un hueco con carga positiva. Si la absorción ocurre en la zona de agotamiento de la unión, o a una distancia de difusión de él, estos portadores son retirados de la unión por el campo de la zona de agotamiento, produciendo una fotocorriente.

Los diodos tienen un sentido normal de circulación de corriente, que se llama polarización directa. En ese sentido el diodo deja pasar la corriente eléctrica y prácticamente no lo permite en el inverso. En el fotodiodo la corriente (que varía con los cambios de la luz) es la que circula en sentido inverso al permitido por la juntura del diodo. Es decir, para su funcionamiento el fotodiodo es polarizado de manera inversa. Se producirá un aumento de la circulación de corriente cuando el diodo es excitado por la luz. En ausencia de luz la corriente presente es muy pequeña y recibe el nombre de corriente de oscuridad.

Fotodiodos de avalancha Tienen una estructura similar, pero trabajan con voltajes inversos mayores. Esto permite a los portadores de carga fotogenerados ser multiplicados en la zona de avalancha del diodo, resultando en una ganancia interna, que incrementa la respuesta del dispositivo.

Un fotodiodo es un dispositivo que, cuando es excitado por la luz, produce en el circuito una circulación de corriente proporcional (y medible). De esta manera, pueden hacerse servir como sensores de luz, aunque, si bien es cierto que existen fotodiodos especialmente sensibles a la luz visible, la gran mayoría lo son sobre todo a la luz infrarroja. Se pueden

adquirir en cualquier distribuidor de componentes básicos, tales como Mouser o Jameco, por poner un par de ellos. Ejemplos de dispositivos concretos que nos pueden venir bien son (el código es del fabricante) el TEFD4300F, el BPV22F, el BPV10NF o el SFH235FA. Hay que tener en cuenta que, a pesar de tener un comportamiento en apariencia similar a los LDRs, una diferencia muy importante respecto estos (además de la sensibilidad a otras

Sensores de llama

longitudes de onda) es el tiempo de respuesta a los cambios de oscuridad a iluminación, y viceversa, que en los fotodiodos es mucho menor. Igual que los diodos estándar, los fotodiodos poseen un ánodo y un cátodo, pero atención, para que funcione como deseamos, un fotodiodo siempre se ha de conectar al circuito en polaridad inversa. Eso sí, igual que ocurre con los diodos comunes, normalmente el ánodo es más largo que el cátodo (en caso de ser de igual longitud, el cátodo deberá estar marcado de alguna forma). Su funcionamiento interno es el siguiente: cuando el fotodiodo está polarizado en directa, la luz que incide sobre él no tiene un efecto apreciable y por tanto el dispositivo se comporta como un diodo común. Cuando está polarizado en inversa y no le llega ninguna radiación luminosa, también se comporta como un diodo normal ya que los electrones que fluyen por el circuito no tienen energía suficiente para atravesarlo, con lo que el circuito permanece abierto. Pero en el momento en el que el fotodiodo recibe una radiación luminosa dentro de un rango de longitud de onda adecuado, los electrones reciben suficiente energía para poder “saltar” la barrera del fotodiodo en inversa y continuar su camino.

Deteccion de llama optica

En la detección óptica de llamas utilizando la radiación electromagnética emitida por las llamas para informar de una situación de peligro. Para el sensor es por lo tanto la tarea de convertir la señal óptica en una señal eléctrica. Es importante para la fiabilidad de una técnica de detección para hacer una clara distinción entre las señales procedentes de una llama real y los que provienen de la óptica de otras situaciones, simulantes de la llama, pero que no tienen nada que ver con un incendio. Es, en última instancia, para filtrar la luz del sol se refleja un rayo de luz, y otra interferencia óptica. Por esta razón, la sensibilidad de los detectores es selectiva en la zona de un determinado valor en el intervalo de radiación electromagnética desde el ultravioleta hasta el infrarrojo. De hecho, la radiación ultravioleta resulta ser más débil y se absorbe fácilmente por la presencia de partículas de humo u otras partículas de diferente naturaleza. Por lo tanto, puede ocurrir que un sensor no está suficientemente activado para intervenir. 

Los detectores de humo ópticos de llama se pueden dividir en dos tipos: 

Los detectores ópticos de radiación con un solo canal

Detectores de radiación óptica de doble canal.

Sensores de llama

El detector óptico de llama canal único encuentra su aplicación óptima en la protección de los entornos donde hay materiales que contienen carbono y que quema con llama. 

Los detectores de radiación óptica con dos canales están equipados con 2 sensores piroeléctricos sensibles a la radiación infrarroja en dos longitudes de onda diferentes. El primer sensor reacciona a la radiación infrarroja en el espectro característico del dióxido de carbono producido a partir de materiales que contienen carbono, tales como madera, productos de petróleo, plástico, alcohol, etc. El segundo sensor realiza un seguimiento continuo de las fuentes externas de interferencia, que emiten señales similares a la llama, tales como luz solar, luz artificial, o radiación tal como la emitida por cuerpos calientes. Las señales de los dos sensores se comparan en sincronismo amplitud y fase en un circuito electrónico. Este control da el detector una inmunidad notable de las influencias externas simulando la presencia de llamas. 

Circuitos utilizados

Por efecto piro electrico

Circuito Nº1

Por efectos cuantico de deteccion de llama

Sensores de llama

Circuito Nº2

Circuito Nº 3

Por efectos cuantico de deteccion de llama con arduino

Sensores de llama

Circuito Nº 4

Conclusiones 

Los circuitos son sencibles a la señal pulzo y estos deben ser acopladoas a amplificadores de multietapa de ganacias alta, o en otros casos a paquetesde software libre como arduino para un correcto funcionamiento.

El circuito numero tres es utilizado como un divisor de tension el comparador del circuito integrado LM 393 hace de amlificador y manda a la señal de salida hacia el led y un parlante, su uso es mas efectivo con un modulo de arduino que incrementael rango de frecuencias observable.

Ambos circuitos son elementales en el uso de los quemadores, cada uno con ventajas y desventajas pero inprecindibles.

Bibliografía

-INSTRUMENTACION ELECTRONICA MIGUEL P. GARCIA EDITORIAL THOMSON

- MEDICIONES Y PRUEBAS ELECTRICAS Y ELECTRONICAS W BOLTON EDITORIAL MRCOMBO.