Comparativa y estabilidad de módulos de temperatura para un sistema aislado

Se presenta el monitoreo de temperatura de un espacio aislado empleando simultáneamente diversos sensores y módulos característicos de temperatura como DHT11, DS18B20 To-92, DS18B20, además de una termocupla tipo K elaborada de forma casera con alambres de cromel y alumel. El sistema de control de temperatura aumenta por acción de una resistencia calefactora y disminuye por una placa Peltier. El rango de trabajo se encuentra entre 25°C y 35°C. Para un mejor funcionamiento se caracterizó y ajusto la curva de respuesta de cada sensor, además se acondiciona y estabiliza el sistema mediante la programación en MicroPython v1.18 en el entorno de desarrollo integrado (IDE) Thonny v3.3.13. empleando una Raspberry Pi pico RP2040. El sistema experimental contiene regiones aisladas como: zona de generación frio/caliente, zona de sensado, zona de tarjeta controladora. Se apoya con el monitoreo de gráficos en pantalla, alarmas visuales y auditivas, esta última se acondiciona la frecuencia para identificar los rangos inferior y superior de temperatura a 900 Hz y 1100 Hz que corresponden a frecuencias de alerta que son distinguibles fácilmente. El monitoreo y control de los diversos sensores de temperatura en tiempo real requieren un manejo de programación simultánea y técnicas de regulación de las presentes en cada módulo. Este trabajo apoya a comprender y emplear de manera correcta los sensores dirigidos a una variable de control de temperatura, considerando su propiedades de cada módulo.

Diseño y construcción de fuente y LED comercial IR para medición de materiales Upconversion

El desarrollo de componentes ópticos experimentales de bajo costo para medición de propiedades como la luminiscencia de materiales es un reto para la Ingeniería Física. Algunos materiales excitables con luz IR de longitud de onda de 980 nm son los materiales luminiscentes (ML) upconversion (UC). En general los ML-UC emiten en el visible las componentes rojas, verde y azul al absorber 2 o 3 fotones de IR para producir luz visible. En este trabajo se diseñó, desarrolló y montó un circuito para un diodo emisor de luz infrarroja de 980 nm (LED-IR-980nm) y de 10 W con elementos de potencia de bajo costo. Además, se construyó una fuente de voltaje para la regulación de la potencia de emisión del LED-IR-980nm. Utilizando un espectrofotómetro visible-IR Ocean Optics USB 2000 se caracterizó la emisión del LED-IR-980nm, obteniendo un perfil de doble banda centrado en 940 nm, 980 nm respectivamente. Como prueba de este concepto se excitó un ML-UC (SrLaAlO4:Er Yb), con el LED-IR-980nm, donde se detectó una señal de emisión intensa en torno a 550 nm, proveniente del ion Er3+. Por lo que el LED-IR-980nm puede ser utilizado como fuente de excitación en mediciones de materiales luminiscentes upconversion. Palabras clave: LED, Infrarrojo, diseño, bajo costo, Upconversion,

Manejo autónomo de un vehículo de dos ruedas mediante el uso de una red neuronal

El uso de vehículos autónomos puede reducir significativamente el número de accidentes viales. Esto se debe a que estos vehículos cuentan con un conjunto de sensores que permiten acceder a una gran cantidad de información que puede ser usada para el manejo seguro. Como consecuencia de esto, estos vehículos requieren de una computadora potente para el análisis de estos datos. A pesar de lo anterior, aún es posible desarrollar un vehículo autónomo que únicamente emplee una cámara para observar el camino que recorre justamente como lo hace un ser humano. En este trabajo se propone el desarrollo de un vehículo de manejo autónomo mediante el uso de Redes Neuronales, para esto solo se necesita una cámara para la adquisición de datos, una computadora para el procesamiento de estos y una red neuronal para el análisis de imágenes del entorno y decida la velocidad del vehículo. En este trabajo se presentan los resultados de la plataforma móvil construida que permite el manejo manual y autónomo. En el manejo manual, es posible recolectar imágenes del camino recorrido junto con su velocidad instantánea. Estos datos recolectados fueron utilizados para entrenar la red neuronal de convolución que permite el manejo autónomo. El dispositivo puede modificar fácilmente los cuadros por segundo y su manejo manual puede elegirse entre un control de videojuegos o un teclado tradicional. Para ejecutar la red neuronal se emplearon dos SBC’s, la Raspberry Pi 4 y la Jetson Nano.

Diseño y construcción de un sistema de adquisición de datos de posición, velocidad y aceleración de un móvil mediante GPS y la plataforma Arduino

Se diseñaron y construyeron dos shields o escudos para la plataforma Arduino, uno para Arduino UNO y otro para Arduino Mega, para poderlos colocar en cualquier móvil, por ejemplo una bicicleta, un auto, una persona en patines, patineta, etc, este dispositivo, registra la posición mediante un módulo GPS, en forma de latitud y longitud, una unidad de medición inercial GY-87 (IMU),y un sensor de altura BMP180, estos datos, junto con el tiempo se almacenan en formato CVS en una memoria micro SD incorporada en el sistema para el posterior análisis de los datos, adicionalmente se muestran todos estos datos en una pantalla OLED incorporada en el dispositivo. El dispositivo Shield-Arduino, se colocó en una caja plástica, con una powerbank para su correcto funcionamiento, y con cinchos para poderlos fijar al móvil.Se agradece a la Facultad de Ciencias de la UNAM, por el apoyo para la realización de este trabajo.

Diseño, simulación y construcción de un amplificador de audio con etapa de potencia

En ocasiones se necesita un amplificador con un diseño sencillo, práctico y de fácil acceso a sus elementos discretos para adaptarlo a necesidades de uso común, fines didácticos, etc. El amplificador presentado es completamente transistorizado. Está formado fundamentalmente por un amplificador de voltaje, por un amplificador de potencia en simetría complementaria y con retroalimentación negativa. La compensación para reducir la distorsión de cruce es por transistor, la retroalimentación es en continua. El diseño tiene la ventaja que se puede modificar según el intervalo de voltaje en la señal de entrada, la fuente de alimentación, la impedancia de la bocina, la potencia de salida, el ancho de banda; esto es, sólo se necesita seguir los pasos del procedimiento.

Caracterización y control para lámpara de invernadero

En el presente trabajo presentamos la caracterización y control de una lámpara comercial que se utiliza para el crecimiento de plantas. Una técnica ampliamente utilizada para aumentar la producción de cultivos es la iluminación suplementaria de invernaderos que consiste en suministrar la cantidad necesaria de luz a los cultivos, ya que tanto exceder como caer por debajo de los niveles recomendados de luminosidad alteran la fotosíntesis. Se utiliza una lámpara de crecimiento de 45 w de la marca Osunby para plantas de interior. La lámpara tiene un espectro completo de luz. De infrarrojos (730-735 nanómetros) a ultravioleta (390-395 nanómetros), y la fuente de alimentación convencional es de 127 V / 60 Hz. Presentamos la caracterización de la lámpara que se realiza en un armario cerrado reflectante de 0.609 x 0.609 x 1.2 m. Se utiliza el sensor TSL2591 para detectar la iluminación de la lámpara. La lámpara se caracteriza usando un circuito de potencia que modifica el ángulo de fase para controlar la intensidad de la luz. También se trabajó en el modelo de la lámpara como un sistema de primer orden a partir de la gráfica del ángulo de disparo y la intensidad de luz. Se implementa un control PID (proporcional integral derivativo) para modificar la intensidad de luz y se realizan las pruebas de la lampara con el sistema de control.

PicoScope 4000 series aplicado a instrumentación virtual con Python en GNU Linux

La instrumentación virtual es el uso de software personalizable para cumplir con las necesidades del usuario, creando un sistema de medición específico que disminuye las limitaciones físicas de fabricante. Se presenta un instrumento que tiene incluido un osciloscopio de ocho canales y un generador de funciones los cuales se programan en Python para realizar un instrumento virtual, el cual tiene como propósito medir las resonancias en una barra de aluminio. A diferencia de un instrumento tradicional, se disminuyen los costos de hardware y ofrece una mayor portabilidad para la adquisición y tratamiento de los datos.

Sistema de control de tres bloques para análisis de audio digital en tiempo real

Desde una perspectiva estadística se tienen múltiples valores posibles de un pulso acústico sin importar cual sea la fuente. Un registro de audio digital contiene un conjunto de elementos de error, siendo que algunos no se pueden eliminar como el ruido electrónico (de disparo) y otros que se conocen como ruido de fondo, primero debido a que las condiciones atmosféricas no son constantes en los sistemas reales y porque las micro variaciones en la distribución de partículas generan pulsos diferentes, aunque conserven similitudes entre ellos. A través de un análisis paramétrico de las ecuaciones de Navier-Stokes con una perspectiva de procesos estocásticos se desarrolla una ecuación que genera el colapso de todos los posibles estados estadísticos en una sola señal. Los sistemas acústicos tienen una retroalimentación en tiempo real a través de interacciones mecánicas con el sistema circundante. En un sistema al aire libre, no se puede hablar de sistema cerrado ni aislado. El sistema de control puesto a prueba en Simulink es de tres bloques, donde uno de ellos genera una retroalimentación con elemento de error para limpiar la señal. La entrada del registro de audio está compuesta por una señal limpia que incluye elementos de un sistema de control externo (segundo bloque) que mide las variaciones de la presión en las zonas cercanas al dispositivo. Un bloque anexo, analiza los cambios en la temperatura para establecer en tiempo real una medida de la densidad del medio circundante (aire o cualquier gas) para generar múltiples canales de análisis del audio y por ingeniería inversa, se pueden determinar las condiciones de funcionamiento. Con estos datos acumulativos, se pueden establecer valores promedios estadísticos para conocer el nivel de eficiencia del sistema en un ambiente no controlado.

Diseño de una tobera electromecánica para un cohete experimental de combustible sólido

Una tobera en un cohete es el dispositivo por donde el combustible es expulsado, transformando la energía potencial de la presión de los gases a energía cinética. Al ser un elemento primordial del cohete, el agregarle movimiento permitiría modificar su trayectoria de manera significativa con la intención de controlarlo. En este trabajo se ha diseñado una tobera electromecánica de dos grados de libertad que implementa la tecnología Arduino para su movimiento en conjunto con dos servomotores y un sensor IMU. Se muestra el procedimiento para la elaboración del combustible sólido, haciendo énfasis en los protocolos de seguridad. Además, se presentan los experimentos para la caracterización de dicho combustible. Finalmente, se muestra el modelo 3D de este primer prototipo de tobera, su impresión en 3D y las pruebas que se han llevado a cabo para su implementación.

Sensor permitividad dieléctrica basado en líneas de microstrip cargadas con resonadores de impedancia escalonada para la caracterización de materiales solidos en la región de las microondas

En años recientes la medición de la permitividad dieléctrica de materiales ha despertado gran interés en muchas aplicaciones industriales debido a que la permitividad dieléctrica puede ser relacionada con otros parámetros importantes, tales como la densidad, concentración, temperatura, etc. Por lo tanto, la caracterización de este parámetro es una gran oportunidad para desarrollar dispositivos que solucionen problemas en áreas tales como la medicina, biología, seguridad, química, entre otros. Varios métodos en la región de las microondas han sido explorados para medir la permitividad dieléctrica en líquidos y sólidos. Sin embargo, los dispositivos microondas basados en tecnologías microstrip emergen como una alternativa interesante debido a su bajo costo, fácil construcción e integración con componentes electrónicos. En este trabajo, se propone y caracteriza un sensor de microondas que permite la caracterización dieléctrica de materiales solidos empleando resonadores de impedancia escalonada. Este sensor se caracteriza por poseer un tamaño compacto, pues sus dimensiones son de 20x20 mm y es de bajo costo en comparación con otros métodos comerciales. Para realizar el diseño y optimización de la estructura, este sensor fue modelado numéricamente usando CST STUDIO. Así mismo, la respuesta del sensor fue validada de forma experimental en el laboratorio. Los resultados obtenidos revelan que el sensor propuesto tiene la capacidad de caracterizar diferentes materiales solidos cuya permitividad dieléctrica esté en el rango de 1 a 10.8. Además, este opera alrededor opera alrededor de 5 GHz, y alcanza una sensibilidad de -15.71 MHz. El dispositivo presentado en este trabajo ofrece un dispositivo de microondas compacto, reutilizable, sin etiquetas y no destructivo y allana un camino para la detección de las propiedades dieléctricas de diferentes materiales con precisión debido a su alta sensibilidad.

Calibración Automática de un Fotomultiplicador

El uso de las tecnologías de información son herramientas que representan una ventaja para la automatización de sistemas electrónicos; representan opciones para el control, administración o gestión de sistemas. En este contexto, en el presente trabajo, se desarrolla un esquema electrónico para el arreglo experimental que realiza la calibración de forma automática de un fotomultiplicador, esto tiene la finalidad de emplearse en la detección de radiación Cherenkov en aire. Se presentan las curvas de calibración entre histogramas carga y pico para el detector empleando la técnica del Electron Single.

Prototipo de “Electrortesis” fabricada por manufactura aditiva

En el área de ciencias de la salud, son varios aparatos tecnológicos los que ayudan a mejorar los métodos de rehabilitación, dentro de esta categoría, se encuentran las ortesis, aparatos cuyo objetivo se centra en la inmovilización de articulaciones ante fracturas o lesiones. En cuanto a la terapia, existen varias técnicas de rehabilitación; este prototipo se enfocará en la electroterapia. El tipo de tratamiento de electroterapia que se debe aplicar dependerá de la evaluación médica realizada a cada paciente. Durante las sesiones de electroterapia la corriente eléctrica es aplicada, creando una sensación relajante en el cuerpo del paciente. Con lo antes mencionado, se pensó en un aparato que integre ambos conceptos de ortesis y electroterapia, es así que surgió el prototipo de “Electrortesis”. Utilizando un sensor de reconocimiento de estructura vinculado al software Skanect, se obtuvieron las características necesarias del brazo del paciente, con ayuda del software Meshmixer se diseñó el prototipo de ortesis articulada mediante los datos obtenidos por el sensor. Posteriormente se realizó un análisis de elemento finito con el software Freecad, con el objetivo de evaluar sus propiedades mecánicas y mejorar el rendimiento del diseño. Además, con el software Proteus se implementó una simulación del circuito que manda pulsos eléctricos a través de electrodos al brazo del paciente para rehabilitación muscular. Mediante manufactura aditiva, se elaboraron las piezas de la ortesis para después ser ensambladas, y así finalmente unir la ortesis armada con el circuito de electroterapia. Es importante fijarse en las necesidades de pacientes con problemas ortopédicos, este prototipo se pensó para innovar los aparatos ya existentes ocupados para lesiones de este tipo. El bajo costo de manufactura permite más asequibilidad para los pacientes además gracias al escaneo 3D, la ortesis es construida bajo las necesidades del paciente que la requerirá.

Modelado y análisis opto-mecánico de membranas activas

El presente trabajo implicó el desarrollo de un modelo numérico para el control de las de deformaciones de una membrana de vidrio para su uso como superficie óptica. Como parte de este modelo se creó un conjunto de mapas de fase que representan a la influencia que tienen de forma individual un conjunto de actuadores neumáticos en la parte inferior de la membrana. Conocidos como funciones de influencia , en conjunto forman una familia de elementos para ensamblar combinaciones lineales que proveen una forma determinada. La membrana utilizada en el presente trabajo es una superficie esférica y por acción de actuadores neumáticos obtenemos una superficie parabólica con una alta precisión. Este trabajo contempla la primera etapa del proyecto “Membranas activas”, que se está desarrollando en el IA-EN, el cual plantea el doblado de una membrana de vidrio por medio de un horno y así facilitar la posterior iteración en la obtención de una superficie cónica. El modelo desarrollado servirá para estimar la serie de presiones que deberán utilizarse en el elemento óptico real, además, esta herramienta permitirá retroalimentar el modelo con las matrices de influencia reales medidas sobre la membrana al llegar a ese momento el desarrollo del proyecto práctico. Los puntos abarcados son: • Desarrollo del modelo mecánico que representa a la membrana óptica, los actuadores neumáticos y los limites o fronteras del modelo. • Análisis por elementos finitos (FEA), con este se obtuvieron las matrices de influencia de los 37 actuadores. • Se programó el ajuste por medio de mínimos cuadrados entre las matrices de influencia y una forma de superficie. • Se realizó un ajuste en términos de polinomios de Zernike para la evaluación de la calidad óptica. • Se obtuvo la PSF y la razón de Strehl con la fase resultante de la membrana. • Se contemplaron tres técnicas de prueba distintas en el laboratorio, Bironchi o rejilla rectangular, Shack-Hartmman y un interferómetro de Fizeau.

Diseño e implementación de un Espectrómetro Czerny-Turner para el estudio de glóbulos rojos atrapados con pinzas ópticas

Con el propósito de estudiar el espectro Raman de glóbulos rojos de personas con y sin diabetes tipo $2$ se construyó un espectrómetro tipo Czerny-Turner, útil en el visible y en el infrarrojo cercano. Utilizando espejos cóncavos con corte fuera de eje, rejillas de difracción de $600$ y $1200$ lineas, un fotomultiplicador de Hamamatsu modelo R12896 y fuentes de luz con frecuencias de $532$, $ 632.8$, $808$ y $1064$ $nm$ hemos sido capaces de detectar señales de diversos compuestos con resoluciones teóricas por debajo de los $10 cm^{-1}$ y hemos observado señales cercanas a lo reportado en la literatura. Se han obtenido espectros Raman de $CCl_{4}$ $CaCO_{3}$, $LiNbO_{3}$ para la calibración de nuestro sistema.

Development of online software tools for the TOTEM-CMS Data Acquisition System

The TOTal cross-section, Elastic scattering, and diffraction dissociation Measurement (TOTEM) is one of the Large Hadron Collider (LHC) experiments. TOTEM is symmetrically installed in the LHC sectors 45 and 56 beamlines having a total extension of about 400 m and being located around the CMS interaction point (IP5). TOTEM originally consisted of a set of movable detectors named Roman Pots (RPs) utilized for tagging scattered protons and two charged particle telescopes, known as T1 and T2, installed to measure showers produced by hadronized particles from dissociated protons. In Run 3, TOTEM collaboration will complete its physics program in a special fill, where the inelastic component of the proton-proton interaction will be measured. For this purpose, a new telescope (referred to as new T2) has been built and is in the commissioning phase. The TOTEM DAQ has been totally integrated with the CMS environment, this system controls the vertical Si-Strips, meantime the new T2 detectors will be attached to the same DAQ. The CMS DAQ online environment relies on software tools for communication to configure the detector Finite State Machines (FSM).These FSMs, such as halt, configure, start or stop are defining transitions to prepare the detectors for the read-out. The communication between central DAQ (CMS) and its subsystems is linked with a scalable software framework called XDAQ within an exchange of SOAP commands. In this work, the development of a new online software utility, written in an object-oriented programming language, which controls the new T2 detectors through a slow control optical link is presented.

Experimento Robótico para medir la disipación de calor en un área de concreto hidráulico y otros materiales

En este trabajo presentamos los resultados de un experimento en el cual se diseñó un robot para hacer un recorrido de un área determinada por geoposicionamiento global (GPS). Se ha diseñado un algoritmo para hacer un recorrido orientado por GPS y giroscopio digital, de manera que permita la toma de muestras de temperatura a nivel piso, y a dos alturas distintas. Debido a que la naturaleza del muestreo en dos dimensiones presenta errores en la posición asociada, utilizamos un método de geoestadística conocido como Kriging para la interpolación de superficies y de esta manera generar los diversos perfiles de distribución de temperaturas sobre el área en los niveles de altura donde se realiza la medición. Se presentará el desarrollo del robot, los algoritmos utilizados, los circuitos diseñados, los esquemas de medición y resultados de la interpolación a los diversos niveles de las temperaturas superficiales y la distribución de temperaturas en función de la altura. Para esta etapa, iniciamos con mediciones sobre áreas planas en concreto hidráulico, asfalto. Se pretende con este trabajo hacer mediciones experimentales utilizando en esta primera instancia, robots autónomos que permitan determinar parámetros diversos a estudiar. De esta manera se pueden estudiar el reflejo de la radiación solar en áreas urbanas y su efecto en la temperatura alrededor de estos. Tiene el potencial de medir otro tipo de variables como son humedad, iluminación, niveles de ruido o de radiación donde la presencia humana pueda verse comprometida. Además, permite realizar mediciones para compararse estas con modelos matemáticos de distribución de las variables a estudiar, en ambientes donde la presencia humana pueda alterar el entorno. Otra potencial aplicación es el estudio de la reflexión de materiales en construcciones y como disipan esto las temperaturas, afectando al ambiente.

Programación e implementación de drivers para una tarjeta de adquisición de datos analógico digital mediante una computadora Raspberry Pi 4

En este trabajo presentamos el desarrollo de la programación y puesta en marcha de una tarjeta de adquisición de datos hasta ocho canales utilizando una computadora Raspberry Pi 4 y un RB Hat Waveshare. Este dispositivo contiene un convertidor analógico - digital ADS1256, de 24 bits de resolución a 30 ksps y un convertidor digital -analógico DAC8532 de 16 bits. Mediante el uso de esta tarjeta, es posible tener una opción rápida y accesible para un sistema de adquisición de datos de bajo costo que puede ser utilizado en los laboratorios . En este trabajo presentamos el desarrollo del software de control utilizando Python, así como las pruebas y resultados en los experimentos de laboratorio de interferometría óptica. De esta manera presentamos una opción de aplicación y desarrollo tecnológico en nuestra facultad con beneficio potencial a los laboratorios de otras entidades.

Modelo dinámico con simulación para construir un brazo de robot

En el desarrollo de un brazo robótico se consideran varias etapas, desde definir el propósito que tiene hasta su construcción y puesta en marcha, este proceso se inicia con el modelo cinemático siendo la base de las etapas posteriores. Cuando el uso del brazo robotizado requiere de la potencia necesaria para realizar actividades que demandan cierta fuerza, entonces es imprescindible usar un modelo dinámico, lo cual es el tema de este trabajo. Se empieza con un breve planteamiento del péndulo doble que se adapta al funcionamiento del brazo con dos articulaciones, a continuación, se le añade la fricción y se reevalúa su comportamiento para el momento en que el brazo sea conectado a los motores; para concluir esta etapa del proceso, se activan los pares o las torcas en las articulaciones para nuevamente evaluarlo, ahora con carga. Todo lo anterior es por medio de simulaciones computacionales, y dependiendo de los resultados obtenidos, se planeará la construcción y armando de los elementos para integrar el brazo físicamente.

Medición de consumo de agua y electricidad en tiempo real en el marco de Oficina Verde en la Universidad Autónoma de Coahuila

En la Universidad Autónoma de Coahuila, Unidad Camporredondo, se tiene un conjunto de edificios que fueron construidos en la década de 1970. En aquellos tiempos se consideró una sola entrada para el consumo de agua y otra entrada para el consumo de electricidad, abasteciendo desde esas tomas a todos los edificios de la unidad. Actualmente es necesidad la separación de consumos por edificio y gestionar su mejor aprovechamiento. Con la creciente crisis del cambio climático es imperativo gestionar nuestros recursos, como son el agua y electricidad. Para poder administrarlos de mejor manera, necesitamos poder cuantificar su consumo, lo cual realizamos a través de la aplicación de un dispositivo de medición de flujo volumétrico y de corriente alterna en tiempo real, capaces de medir los consumos correspondientes en una edificación y transmitir los datos a un servidor central. El dispositivo consiste en la utilización de microcontroladores conectados a un sensor de flujo de efecto Hall y un sensor de corriente eléctrica por efecto de inducción; y a través de wi-fi o ethernet, los datos recopilados de los sensores son enviados a un servidor para su análisis, almacenamiento y visualización en tiempo real. Con estos datos se obtiene el gasto por hora y día, estadísticas y registros para así lograr una mejor gestión del agua y electricidad lo que permitirá tener información para la toma de decisiones sobre la administración de estos recursos en áreas de oficina. Este es un plan piloto que se lleva a cabo en la Universidad Autónoma de Coahuila para la medición del consumo por unidades y un mejor registro de estos, con miras a implementar en todas sus unidades en el Estado. Presentamos el desarrollo de los prototipos, la caracterización de los sensores, el servidor de datos, las pruebas y resultados de este esquema y las mediciones del consumo en las oficinas de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas.

Clasificación de compuestos orgánicos volátiles con un arreglo de sensores de microbalanza de cristal de cuarzo medidos en un sistema dinámico

Las microbalanzas de cristal de cuarzo (QCM) constan de un material piezoeléctrico que, al ser sometido a una diferencia de potencial oscilan a su frecuencia de resonancia. La respuesta de estos dispositivos se presenta como cambios en dicha frecuencia de resonancia (f_0) que depende de las variaciones de masa de la especie química a detectar. El cambio de frecuencia depende tanto de las propiedades físicas como de las propiedades del medio adyacente (película sensible). La ecuación de Sauerbrey relaciona este cambio en f_0 con la masa acumulada sobre el cristal y también con el espesor de la película sensible. En este trabajo presentamos la construcción y caracterización de un arreglo de sensores de gas a base de microbalanzas de cristal de cuarzo (QCM) con valores de frecuencia 12 y 30 MHz, para la clasificación de compuestos orgánicos volátiles (COVs), medidos en un sistema dinámico. Se fabricaron sensores con diferentes películas sensibles de Etil Celulosa, Apiezon L, Apiezon T y PMMA, estas se depositaron por el método de drop casting automatizado. Con las curvas de impedancia se determinó el espesor de las películas sensibles, pero se realizó una normalización a un espesor estándar. Los sensores son expuestos a tres diferentes gases (etanol, etil acetato y heptano) con condiciones controladas de temperatura y humedad relativa de 25 °C y 18%, respectivamente. Por último, se realizó la clasificación de los COVs mediante el análisis de componentes principales (PCA). Los resultados muestran respuestas de algunas decenas de Hertz para el arreglo, esta respuesta depende de la frecuencia de resonancia del QCM, del tipo de película sensible, de la concentración del gas y del compuesto a detectar. Además, se obtiene un mapa de la distribución de los compuestos en función de los dos primeros componentes principales. Se realiza una comparación con resultados obtenidos en trabajos anteriores.

Reducción del tiempo de medición de respuesta de sensores de gas a base de qcm usando la respuesta transitoria

Los sensores de gas a base de microbalanza de cristal de cuarzo (QCM) tienen una respuesta muy lenta, por lo que se requiere una estrategia para reducir el tiempo de medición. Esta consiste en hacer una predicción de la respuesta en estado estable a partir de la transitoria mediante el ajuste punto a punto (ajustes sucesivos) a un modelo bi-exponencial de la respuesta hasta obtener un valor del estado estable sin que sea necesario alcanzar dicho estado. Para esto se realizó un programa de computadora implementando 2 métodos de regresión no lineales por mínimos cuadrados el método de Gauss-Newton y Levenberg-Marquardt. Se fabricaron sensores de gas a base de (QCM) para realizar mediciones, cada uno tiene un valor diferente de espesor de película sensible de etil celulosa los cuales fueron expuestos a etanol en un sistema dinámico. Se comparan los resultados obtenidos mediante el análisis de la respuesta experimental y por la predicción de la respuesta de los sensores ante diferentes concentraciones de etanol. Como resultado, se tiene una reducción en el tiempo de medición ocupando el método de predicción que permite obtener el valor de respuesta final en un promedio del 10% del tiempo que le lleva al sensor alcanzar la respuesta en estado estable final.

Implementacion de un control pid de humedad relativa para la caracterización de un arreglo de sensores de gas a base de resonador de cuarzo en función de la humedad relativa

Para el desarrollo de una nariz electrónica que permita cuantificar y discriminar diferentes compuestos es necesario crear y caracterizar diferentes tipos de sensores. El tipo de sensor utilizado en este trabajo es el que se construye usando microbalanzas de cristal de cuarzo (QCM, por sus siglas en inglés). A pesar de las múltiples ventajas que tiene trabajar con este dispositivo, también presenta inconvenientes como que se ve afectado por diferentes parámetros tales como la humedad relativa (HR). Para estudiar este fenómeno se implementó un sistema de control PID (Proporcional, integral y derivativo por sus siglas en inglés) de humedad relativa que genera valores en un rango de 10% HR a 90% HR. Dicho control minimiza el margen de error absoluto en ±1.5%. Se construyeron sensores con películas sensibles de etil-celulosa, Apiezon L, Polimetilmetacrilato (PMMA), las cuales fueron depositadas sobre los electrodos del QCM mediante el método de drop-casting. Se utilizó un sistema dinámico para obtener las mediciones de la respuesta de los sensores a la HR. El sistema de medición se encuentra automatizado mediante interfaces graficas en ordenadores y microcontroladores. En el presente trabajo se muestran los resultados del sistema de control PID de humedad relativa, así como la caracterización de la respuesta de los sensores QCM, en función de la humedad. Se encontró que la respuesta de cada uno de los sensores aumenta de forma lineal.

Fabricación de sensores de gas a base de una película polimérica sobre una microbalanza de cristal de cuarzo mediante drop-casting automatizado

Las narices electrónicas creadas a partir de sensores de gas, como aquellos basados en micro balanzas de cristal de cuarzo (QCM) con una película sensible depositada sobre su electrodo, pueden realizar la detección de Compuestos Orgánicos Volátiles (COVs) altamente peligrosos sin presentar una fatiga a diferencia del ser humano. La fabricación de estos sensores se puede realizar mediante el método de drop-casting, el cual es un método de depósito de películas sensibles y tiene entre sus ventajas el ser muy fácil de implementar y muy económico. Sin embargo, el porcentaje de reproducibilidad de este método es muy bajo, por lo que se requiere un proceso de automatización. Se busca con este proceso mejorar los resultados en la caracterización de sensores, ya que se desea tener un control sobre el tipo de película sensible que se requiere para cada COV. Se fabricó un sistema de depósito automatizado, que consiste en una pipeta con graduación en microlitros y una base para el QCM. Ambas piezas son operadas por un actuador lineal con un servomotor y el usuario puede controlar el proceso mediante una interfaz gráfica. Como resultados de la automatización del método de depósito drop-casting, se ha obtenido un incremento en la repetibilidad del espesor generado sobre la superficie del QCM para la fabricación de sensores de gas con películas poliméricas. Para la película de Etil celulosa se tiene una variación entre espesores obtenidos del 20% (0.03 µm) y para la película de Apiezon L se tiene una variación de espesores obtenidos del 14% (0.02 µm), para ambas películas se depositaron 2 microlitros por lado del QCM. De igual manera con esta automatización se ha aumentado el porcentaje de eficiencia en el proceso de fabricación de sensores de gas, ya que realizando el método de maneral manual se tenía un 20% de eficiencia y se ha logrado una mejora de hasta el 82% en la obtención de sensores de gas funcionales.

Caracterización de un sistema de flujo de aire y temperatura para una cabina de pintura

Caracterización de un sistema de flujo de aire y temperatura para una cabina de pintura. En este estudio realizamos la implementación de un sistema de control de aire y temperatura para una cabina de pintura, controlando por medio de sensores el gradiente de temperatura que permitan optimizar un secado adecuado, evitando fallas y defectos en la aplicación de pintura así como incumplimientos a las normas de sustentabilidad, en conjunto con el diseño de una instalación que proporcione un adecuado control de factores como son: iluminación, ventilación, calefacción y filtrado de partículas de pintura, generando un ambiente óptimo para el proceso de pintado automotriz.