TESIS CON 
FALLA DE ORIGEN 
UNIVERSIDAD NACIONAL 
AllTÓNOi\lA DE MÉXICO 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE llN 
CALORÍMETRO DIFERENCIAL 
T E S I S 
QllE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: 
INGENIERO /"1ECÁNICO ELECTRICISTA 
(ÁREA: ELÉCTRICA \' ELECTRÓNICA) 
PRESENTA 
D,\NIEL i\IARTÍNEZ GllTIÉRREZ 
DIRECTOR DE TESIS: 
ING. RAÚL RUVALCABA MORALES 
CD. UNIVERSITARIA MÉXICO, D.F., 1999. 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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MININIDO 
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A mis padres: Elías y María Carmen 
por su apoyo incondicional 
AGRADECIMIENTOS 
Rc~ultana imposible agradecer en tan corto espacio. y ademas por la fragd1d,1d ele l,t 
mi:111<H 1,\ a toda la gente que de una u otra manera me ayudo el conseguir un tllu!u 
un1,cr-.1tano Sin embargo. deseo hacer patente nu gtat1tud a las s1gu1cntc::. pe1~ona,, prn 
h,1hi.:r ,1grnticadu tanto en mi vida 
,\1 In,:. Raúl R111·ulcaba Afora/e.\. por compa111r conmigo ::.u expc11e1H.:1,1 \ pu1 
imndarmc su amistad y apoyo dur,m1e el desano!lo de c::.te trallaJO 
\\ ,1utrn intelectual del proyecto_ Dr. Antonio Reyn C/11mu11.:ero, prn pe11n11111w, 
tr,i\rn_jar en este, así como por su enorme pac1cnc1a, tolerancia y gran di::.po::.iuun d 
d~udarnos 
\ 1111::. pad1es Elfos i\i/artinez y Ma. Carmen G11tiérre:,. pni todos k1:-. s,ic11r1c1,1:-
ht:chos. as1 corno por su apoyo a todas mis decis,ones 
\ l'utoria Que1·et!o Olíwire.,, por su ayuda durante toda la cane1a y pt11 el impuho 
d,1do JMfd te1mmar el ti abajo de tesis 
• ·\ m1 abuelo, A¡;a¡,ito Martínez ·) que siempre fi.1e un gran ejemplo a seguir 
Por ultuno quiero agradecer al Departame11to de Mantenimiento. en e~µec1al a la 
SeccMn tfe E/cctró11ica, del Centro de Jn,;trumenfm de la UNAM poi su apoyo en 
1nfracstruc1ura. matenal. económico y humano, así como al /,ahoratorio de Calorimetría y 
lermodi111í111ict1 de Solucione, de !a l)ii,isión de E,11ulim de Pmgnulo de la Fac:ulttuf de 
(luimiw de la UNA1H, por todas las facilidades otorgadas para la realización de e.;;te 
p1oyccto 
1.- INTRODUCCIÓN 
11.- ANTECEDENTES 
11.1 Sistemas Termodinámicos 
11.2 Análisrs calorimétnco 
ÍNDICE 
11.3 Otras técnicas calorimétncas 
11.4 Enfriadores de efecto Peltier 
11.5 Control Proporcional 
11.6 Fuentes conmutadas 
11 7 Modulación por ancho de pulso (PWM) 
111.- DISEÑO DEL EQUIPO 
111 1 Sistema térmico - mecánico 
111.2 Sistema electrónico 
111.2 1 Fuente de alimentación 
111.2.2 Sensores de temperatura 
111.2.3 Termómetro 
111 2 4 Control de temperatura 
111.2 5 Amperímetro 
111.2 6 Agitador 
111.2.7 Tacómetro 
111.2.8 Tarjeta de adquisición de datos 
5 
6 
14 
18 
24 
29 
30 
31 
34 
36 
38 
38 
44 
47 
52 
58 
61 
68 
73 
IV.- PRUEBAS Y RESULTADOS 
IV 1 Termómetro 
IV.2 Control de temperatura 
IV 3 Amperímetro 
IV 4 Regulador de velocidad 
IV.5 Tacómetro 
IV.6 Tarjeta de adquisición de datos 
V.- COMENTARIOS Y CONCLUSIONES 
VI.- BIBLIOGRAFÍA 
VI.- APÉNDICE A: HOJAS DE ESPECIFICACIONES 
VII.- APÉNDICE B: DIAGRAMAS ELECTRÓNICOS 
VIII.- APÉNDICE C: PROGRAMAS DE CONTROL PARA LA TARJETA 
CONVERTIDORA ANALÓGICO - DIGITAL 
76 
77 
80 
83 
85 
87 
90 
91 
95 
XXIV 
xxix 
Introducción 
1\ ! ROIJl t Clüi-: 
l. INTRODUCCIÓN 
En la Facultad de Quim1ca de la UNAM uno de !os objetivos es atender las 
necesidades de generación de conocimientos así como la producción de bienes y 
serv1c1os para su transformación con el fin de mejorar la calidad de vida. Para ello 
realiza 1nvest1gac1ón de alto impacto, por lo que existe una gran necesidad de 
contar con equipos e instrumentos adecuados para llevar a cabo esta tarea, 
ademas de contar con personal calificado en estas áreas 
Por lo general los equipos requeridos para la 1nvest1gacíón resultan muy 
costosos además de que requieren de un mantenimiento periódico para 
mantenerlos en ópt1mas condiciones Desgraciadamente la mayoría de estos 
equipos son de procedencia extraniera por lo que no se cuenta con la 1nformac1ón 
tecnica suf1c1ente y en consecuencia se carece de personal técnico calJfJcado para 
estas tareas 
Por ello el Centro de Instrumentos surgió a fmes de 1971 como un centro 
de servicio destinado al diseño y mantenimiento de equipo e instrumentación para 
la 1nvest1gac1ón c1entif1ca considerando la política estatal de sustitución de 
1mportac1ones y los altos precios que alcanzaban esos serv1c1os en el ámbito 
comercial 
Posteriormente. a partir de mediados de los años 80, las tendencias del 
pa,s se dirigen a su 1ncorporac1ón plena a la economía globalizada, alterando la 
importancia y relevancia de las funciones 1nic1almente asignadas al centro y 
definiendo nuevas tareas, especialmente en el ámbito de la investigación y el 
desarrollo tecnológ1co, que empiezan a reorientar sus objetivos y su quehacer, 
hasta que fmalmente en 1996 el Centro de Instrumentos se transforma 
oficialmente por acuerdo del Conse¡o Urnversltano y con el aval del Conseio 
Académico del Area de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías de un 
1 
!'\ r!{()[)l;( CION 
centro de servicios en un centro de 1nvest1gación incorporado a este último 
Consejo 
Actualmente, el Centro tiene como objetivos 
• Realizar 1nvestigac1ón básica, aplicada y desarrollo de tecnología avanzada 
en física y cibernética aplicada, en las áreas de acústica, óptica, materiales 
y sensores, control, 1nteligenc1a artiftcíal, redes neuronales, electrónica, 
metrología, 1nstrumentac1ón espacial y microondas, diseño mecárnco, 
robótica y enseñanza de las c1enc1as experimentales 
F armar y capacitar recursos humanos a través de sus act1v1dades de 
1nvesllgac1ón, desarro!!o, diseño y serv1cro, 
• Proporcionar a la UNAM y a los diversos sectores de la sociedad asesoría 
científica, técnica y docente en las áreas de su espec1al1dad, en función de 
sus posib1/1dades y alcances, 
• Contribuir a la difusión de la c1enc1a y la tecnologia, especialmente de la 
1nstrumentac1ón 
Es ba;o estas condiciones, que por parte de la Facultad de Química, en 
particular en el Laboratorio de Calorimetría y Termodinámica de Soluciones, 
perteneciente a la División de Estudios de Posgrado de dicha Facultad, se 
pretende diseñar y construir un calorímetro diferencial con el propósito de generar 
tecnología propia y formar especialistas en el área 
Debido a la complejidad que representaba la parte de automat1zac1ón y 
control del calorímetro, se recurre al Centro de Instrumentos en busca de asesoría 
para el diseño y construcción de la parte electrónica del sistema. 
Entonces el problema consistía en diseñar y construir todos los módulos 
electrónicos que contnbuyeran a me¡orar el prototipo desarrollado por el 
laboralor10 
Los pnnc1pales ob¡et1vos del diseño son 
S1mp!1c1dad de operación 
F ac1hdad de mantenimiento 
ResolucJón en la medición de temperatura de hasta la centésima de grado 
• lntegrac1ón máxima posible de todos los subsistemas 
A lo /argo de este trabaJO, se presentan los diseños propuestos e 
implementados para lograr estos obJet1vus, asi como las pruebas y resultados 
obtenidos Asimismo, se consigna toda la 1nformac1on técnica posible para 
s1mpl1f1car las tareas de mantenimiento del calorímetro 
Antecedentes 
\'-IL(\;DISITS 
11. ANTECEDENTES 
En este capítulo se presenta una síntesis de \os conceptos b3sicos 
necesarios para el desarrollo del trabajo 
11.1 Sistemas termodinámicos 
Se denomina sistema termodinámico a la porción de espacio y su 
contenido El sistema se encuentra situado en el interior de una superficie cerrada 
que lo separa del resto del universo o "medio exterior" Esta superficie puede ser 
real o f1ct,c1a Las dimensiones del sistema deben ser suf1c1entemente grandes 
para que se puedan definir en él propiedades macroscópicas 
Las supert1cies de separación, o límites, del sistema pueden ser rígidas o 
deformables y a través de ellas pueden efectuarse cambios de energia y de 
materia con los alrededores o medio exterior Las supert1c1es que permiten el flujo 
de calor se denominan superlíc1es diatérmfcas_ En cambio. superficies const1tu1das 
por materiales que son malos conductores de la energía térmica se denominan 
ad1abát1cas Un sistema en estas cond1c!Ones sólo puede cambiar de estado por 
medio del trabajo Un vaso de Dewar o recubrimientos de asbesto son buenas 
aprox1mac1ones de paredes adiabáticas 
El sistema se llama cerrado cuando sólo se efectúan transferencia de 
energia (calor y trabajo), y abierto, cuando a través de sus paredes se realizan 
intercambios de energía y de materia 
El sistema es aislado cuando no intercambia energía ni materia con sus 
alrededores Dicho de otro modo, un sistema aislado es aquel que posee paredes 
r1g1das ad1abát1cas e impermeables 
r, 
ftH. R1-;l A. 
'•1 
Ftgur.111. 1.\/\ll!llrn\ 1e1mud111011mu\ 
Los sistemas se clasifican también en homogéneos y heterogéneos Un 
srstema es homogéneo cuando sus propJedades físicas o químicas son siempre 
iguales en cualquier punto de! mismo. Por tanto, el sistema será heterogéneo 
cuando está formado por subsistemas homogéneos de propiedades físicas 
d1st1ntas Cada una de las partes de un sistema heterogéneo con propiedades 
f1s1cas constantes constituye una fase. 
La descnpc1ón de estarlo de un sistema termodinámico se realiza mediante 
los valores que poseen determinadas propiedades macroscópicas, denominadas 
variables o coordenadas termod1nám1cas, tales como el volumen. la temperatura 
la densidad, el indice de refracción, la composición química o el momento 
magnético Todas ellas en general, pueden medirse directamente, y para su 
comprensión no se exigen hipótesis especiales sobre la estructura de la materia 
No todas las variables son independientes, de manera que basta conocer 
los valores de un pequeño número de variables para caractenzar al sistema A 
estas variables independientes se les denomina vanables o coordenadas de 
estado y las vanab!es restantes pueden expresarse en función de ellas 
Un sistema determinado puede alcanzar un estado en el cual las variables 
macroscóp1cas toman un valor constante, independientemente del tiempo. se dice 
7 
\\,.Jl:(UJE:-.:rEs 
entonces que el sistema se encuentra en un estado de equ1l1bno termod1nám1co 
Normalmente un equd1bno termod1n8m1co lleva consigo_ 
a) Un equilibrio térmico la temperatura es la misma en todos los puntos del 
s,stema 
b) Un equ1l1brio mecánico la presión es la misma en todos los puntos de\ 
sistema 
c) Un equilibrio químico la compos1c1ón química es la misma en todos los 
puntos del sistema 
La definición de equil1bno térmico nos exige que el sistema sea homogéneo. 
porque s1 el sistema es heterogéneo diremos que se encuentra en equ1hbno 
cuando las variables termodinámicas sean idénticas en cada una de las fases de 
que conste, aunque estás sean distintas en una fase u otra 
Cuando un sistema homogéneo está en equ1l1brio termodinámico, entre sus 
vanables de est;:ido existe una relación que es su ecuación de estado En gases o 
!1qu1dos puros estas variables son !a presión. el volumen y la temperatura 
(sistemas pVT), y la ecuación de estado es del tipo f/p, V, T) " O En otros 
sistemas el problema de determinar su ecuación de estado requiere de métodos 
experimentales complejos así como incurnr en la teoria emética A cont1nuac1ón 
se enl1stan algunas ecuaciones de estado 
X 
Sistema 
Gas ideal 
Gas de Van der Waals 
Gas de Berthelot 
Gas real 
Sólido simple 
Hilo tenso 
Sólido paramagnético 
Ecuación de estado 
pi·=- 11/U 
( 11'111(. 
p + /', 11 - 11h) = 1111/ 
' ; 
. ' ,r A '( ) , ) 1 · - 11h = 11/U 
ff · 
H (' 
IJl.=A--1- --1-----+K 
¡· /'' 
l. = 1 · .. (1 + a/ - /Jp) 
di . ¡¡· I /'( = /el + l 
1 AY 
M =e·" (ley de Cune) 
T 
Lo mismo que en mecánica, un sistema termod1nám1co puede estar en 
• Equillbr10 estable. si al modificar ligeramente sus· condiciones vuelve a 
su estado or191nal 
• Equ1hbno inestable. s1 al modificar ligeramente sus condiciones 
desaparece el equiltbno 
• Eqwhbno metastable, cuando es estable para pequeñas mod1f1cac1ones, 
pero inestable para mayores cambios 
Se denominan variables extensivas (o aditivas) de un sistema a aquéllas 
cuyo valor depende de las d1mens1ones del sistema, y con frecuencia son 
proporcionales a la cantidad de sustancia considerada Ejemplos de estas son la 
masa la carga eléctrica, el número de moles, el volumen y otras magnitudes de 
naturaleza termodinámica, como la energía interna, la entalpía y la entropía. El 
valor de la variable extensiva se aproxima a cero cuando el sistema se reduce a 
un punto 
9 
-\'.11 ( LDL:--.JES 
En cambio, variables como la temperatura, la presión e! potencial eléctrico, 
la concentrac1ón de una disolución, que no dependen de la masa n1 de! volumen 
del sistema reciben el nombre de variables 1ntens1vas y estas descnben las 
caractenst1cas específicas de un sistema en un estado determinado 
El equil1bno entre dos sistemas se expresa por la igualdad de factores 
1ntens1vos 
Se dice que un sistema experimenta un proceso o transformación 
termodinámica cuando al modificar alguna ligadura interna o externa, alguna de 
sus variables de estado se mod1f1ca con el tiempo Los estados 1nic1al y f1nal del 
proceso se consideran en equilibrio_ S1 a lo largo de un proceso permanece 
constante alguna de las variables, p, V, T, el proceso se denomina 
• Isóbara, cuando p es constante 
lsóstero, cuando V es constante 
• Isotermo, cuando Tes constante 
• Adiabático, cuando O es cero 
En termod1nám1ca es muy importante d1sttngu1r entre las magnitudes que 
caracterizan un estado y las que caracterizan una transformación Por e1emplo, la 
temperatura y el volumen definen un estado y las variaciones de temperatura y 
volumen durante una evolución dependen sólo de los estados inicial y fmal En 
cambio, el calor y el trabajo son magrntudes que caracterizan la transformación y 
dependen, por tanto, de la forma que esta se realizó. 
El estado de equilibrio de un sistema depende de la prox1m1dad de otros 
sistemas y de la naturaleza de la superficie que los separa S1 esta superficie es 
buena conductora de calor, la experiencia nos dice que el sistema modifica su 
estado hasta alcanzar un nuevo equ1líbriff se trata entonces de una superficie 
d1atérm1ca En cambio, s1 la superficie de separación está formada por una 
10 
sustancia mala conductora, el equ1hbno del sistema no se mod1f1ca y la superf1c1e 
se llama ad1abát1ca 
Se admite entonces, que todo sistema en no equilibrio, sometido a 
condiciones exteriores constantes alcanza finalmente un estado de equ1!1bno 
(postulado de existencia del equ11lbno termod1nám1co} 
La ley cero de la termodinámica establece que-
a¡ Dos sistemas aislados, A y 8, puestos en contacto prolongado alcanzan el 
equ1lrbno lérm1co 
b) S1 A y B separadamente están en equ1l1bno con C están en equ1!1bno térmico 
entre sí (propiedad transitiva) 
To dos los sistemas en equilibrio térmico con un sistema de referencia 
poseen en común una misma propiedad· su temperatura 
;.a»t<1 ---~ ¡ a;11,1bá!1c<1 
Figura 11. 2 /,cy ( 'ero de fa frmwd11w1111u1 
El trabajo mecánico se define como la energía que se transfiere entre un 
sistema y el medro que lo rodea cuando entre ambos se ejerce una fuerza S1 el 
sistema como conJunto ejerce una fuerza sobre el medio exterior, dando lugar a un 
desplazamiento, el trabajo se denomina externo. Puede ocumr también que el 
trabaJo se realice entre partes disttntas de un sistema. por lo que entonces el 
11 
trabajo desarrollado es interno Desde el punto de vista de la termodinámica sólo 
se considera el trabaJO externo con la siguiente convencion-
W>O s1 el sistema realiza trabajo sobre los alrededores 
W<.O s1 los alrededores realizan trabajo sobre el sistema 
Así para evaluar el trabaJo total realizado por e! sistema. en una 
transformación finita con variaciones de volumen-
W:::c f pt/J' 
' 
cualquiera que sea la forma o const1tuc1ón interna del sistema 
El primer pnnc1p10 de la termod1nám1ca establece que- el traba¡o total es el 
mismo en todos los procesos adiabáticos, que corresponden a los mismos estados 
de equ1hbno 1nic1al y final de un sistema 
-IV,, =F(X,.XJ 
siendo F una función del sistema que depende sólo del estado 1rnc1al definido por 
la serie de variables independientes X, y de! estado final defJnido por la sene de 
variables 1ndepend1entes X2 
En genera!, entre /os estados inicial y final. se cumplírá siempre que 
lo cual nos define una propiedad del sistema, tal que la d1ferenc1a entre sus 
valores en los estados 1nic1a! y final es igual al trabajo total realizado por el sistema 
a lo largo de cualquier proceso adiabático que una aquellos estados de equ1l1bno 
Esta propiedad es llamada energía interna 
12 
Los procesos reales d1fíc1lmente son adiabáticos, ya que se establece un 
f!uio de calor O entre el sistema y sus alrededores Por tanto, O es una medida de 
la cuantla en que fa transformación no es adiabat,ca Este calor puede definirse 
cuantitativamente en func1on del traba¡o Sea W el traba¡o rec1b1do por el sistema 
en estas circunstancias no adiabáticas para que se efectúe el mismo proceso 
desde t, hasta 12 (temperaturas 1rnc1al y final respectivamente) Este traba¡o es 
distinto del trabajo Wad de cualquier proceso ad1abát1co entre los mismos estados 
extremos de aquí que tengamos 
11 :r:.W,_, o 
De acuerdo al pr1nc1pI0 de conservación de la energía, esta desigualdad 
sugiere que cierta energía se ha transferido por un proceso distinto del de 
rea!1zac1ón de trabajo Esta energía cuya transferencia ha sido motivada por una 
d1ferenc1a de temperatura entre el sistema y los alrededores se denomina calor y 
viene dada por la d1ferenc1a entre las magnitudes W y Wad 
11' -11" =Ü 
expresión que permite medir el calor desde un punto de vista operactona! 
Teniendo en cuenta que -Ir =l,, -li. resulta 
(!-W=i',-/1, 
En los procesos que se verifican a presión constante el trabajo asociado a 
una variación de volumen 1 . -1 ·: es 
y teniendo en cuenta que el primer pnncIpI0 de fa termodinámica resulta, para la 
variación de energía interna del proceso, la expresión 
es decir, 
13 
\ \. J LC!:IJE\. 1 ES 
(J,, =(1!, +pl'J-(U, +¡,lJ=H,. // 
La suma (ll 1 pi') se denomina entalpía Como U. p y V son propiedades 
del sistema la entalpía constituye una función de estado, es decir la varractón de 
la misma es 1ndepend1ente del camino seguido y nula cuando la transformación 
realiza un ciclo. El concepto de entalpía es muy importante en aquellos sistemas 
en que tiene lugar una reacción química. En este caso ..JH, o d1ferenc1a entre la 
entalpia de los productos finales y la entalpía de los reactivos resulta ser el calor 
de reacción a presión constante 
11.2 Análisis calorimétrico 
En el análisis térmico diferencial (ATD) se miden las temperaturas de la 
•nuestra y de un materral de referencia térmrcamente rnerte en función de !a 
temperatura programada (que por lo general se aplica a la muestra) Cualquier 
trans1cron de la muestra resulta en un desprend1m1ento o absorción de energ1a 
presentándose una correspondiente desviación en la temperatura de dicha 
muestra con respecto a la de referencia Esta temperatura diferencial (L\ T) 
graf1cada en función de la temperatura programada (T) a !a que está siendo 
sometida todo el sistema, rnd1ca la temperatura a la que se verifica una trans1c1ón 
y s1 esta es endotérm1ca o exotérmica. 
La calorimetría de exploración diferencial (CEO) está estrechamente 
relacionada con el ATO En este método, la muestra y el material de referencia 
también se someten a una temperatura cuyas variacmnes están perfectamente 
programadas. Sin embargo, cuando se verifica una trans1c1ón en la muestra, se 
añade o se sustrae energía al rec1p1ente de la muestra o del material de 
referencia para mantener ambas sustancias a la misma temperatura Debido a 
que este sum1n1stro de energía es exactamente equivalente en magnitud a la 
energía absorbida o desprendida por la transición que se produce, un registro de 
·\'- 1 H EOE;-.;l LS 
esta energía de equi11bno proporcíona una med1c1ón calonmétr1ca directa de la 
energía de transición 
La información que se obtiene con las técnicas de ATO y CEO, combinadas 
con análisis termomecánicos modelos de d1fracc1ón de rayos X y anál1s1s 
qu1m1cos de los residuos y de los gases desprendidos, proporciona una estimación 
cual!lat1va y cuant1tat1va de las reacciones en estado sólido. Se pueden efectuar 
comparaciones de datos con pruebas sucesivas, utilizando diferentes cond1c1ones 
ambientales y presiones 
Los métodos empleados en reacciones calorimétricas más comunes son 
!as técnicas adiabáticas e isotérmicas 
El cálculo del calor de reacción a partir de las de las cantidades medidas en 
un calorímetro adiabático es el s1gu1ente debido a que el sistema está 
perfectamente aislado, de tal manera que no hay flujo de calor desde o hacia el 
s1stem8 y la presión es constante, la pnmera ley de la termodinámica para 
cualquier transformación en e! calorímetro es 
( 1 J 
El cambio de estado se puede representar mediante 
K(Y; )+ H(Y, ) ➔ K(r,)+ l'(r,) (p =constante) 
en donde K simboliza el calorímetro, R los reacc1onantes y P los productos Como 
el sistema está aislado, la temperatura final T2 difiere de la 1n1c1al T1, ambas 
temperaturas se miden con la máxima exactitud posible. 
Se puede suponer que el cambm de estado ocurre en dos etapas 
15 
  
Jo rt) MH, 
A(L)AR) > AJA PA) AH, 
Mediante la ecuación (1), la AH total es igual a cero de manera que 
WI -MI_=0 0 AH, =-AH, La segunda etapa es simplemente una variación 
de temperatura del catorimetro y los productos de reacción de manera que 
MH, = f lc.(x)+c, (e) ar 
y obtenemos para el calor de reacción a T; 
Ml, = $ [c,(4)+0,(0) 1 el) 
St se conocen las capacidades calorificas del calorimetro y de tos productos 
de la reacción se puede calcular el calor de reacción a T, a partir de las 
termperaturas medidas T, y Ta 
Se pude imaginar otra alternativa para las etapas de reacción 
3) K()er()>K(1,)+ 25) AH, 
4) R(1)>P(1,). MH, 
Nuevamente, la AH total es cero. de manera que 34H. + A/f, =00 
a, =-a0, =[ le, la)ec (0) ar 3) 
16
\\.!U EDI·.:-.. 1 [S 
1) 
2) 
11(!,) ➔ !'(!, ). 
1;(1, + ll(t,) ➔ !:(!,)+ /'(/",). 
ediante l  ación (  ), l  ó  t tal s i al  ro e anera e 
\// ~ "\// =o o !>.fl:  -D.H.  unda t pa s l ente a ri ci n 
e t peratura el l rí etro  l s uctos e cción e anera e 
 t os ra ! lor e cción  ; 
.VI,  -r e , K  C,,(/')] ,/! (2) 
1  ocen s aci ades l ri 1 s el l rí etro  e l s r uctos 
e l  cción  ede l ular l lor e cción  1  art r e l s 
m r turas edidas 1  2 
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e de I agInar tr  l ativa ra l s t as e cción 
!; )+ 11(1,) ➔ K(l, )+ 11(!; ). 
(i, ---> '(!,). . . !...\H1: 
uevamente, l  D.H tal s ro. e anera e j, . t /\H 
1
, -e O o 
(JJ 
S1 se conocen las capacidades caloríficas del calorímetro como de los 
reaccionantes el calor de reacción a T 2 se puede calcular a partir de esta última 
ecuación 
S1 no se conocen las capacidades caloríficas requeridas, el valor de llH2 se 
puede medir como sigue Se enfrían el calorímetro y los productos hasta la 
temperatum 1nic1al T1 (esto supone que T2 es mayor que Ti) Mediante una 
comente eléctrica que circula por una res1stenc1a sumergida en el calorímetro se 
lleva el calorímetro y los productos de T1 a T 2; la variación de entalpía en esta 
etapa es _\H2 Esta se puede relacronar con el trabajo eléctrico d1s1pado en !a 
res1stenc1a el cual se puede medir con bastante exactitud Este trabaJo es el 
producto de !a comente. la caída de potencial y el tiempo. 
S1 se incluye el trabaJO eléctrico, dU, a presión constante, la primera ley de 
la termodinám1ca se convierte en 
dE=dQ- pdV-dU (4 
D1ferenc1ando H ;::; f.+ pi· a presión constante, tenemos dH ;:::; JI~+ pJ/' 
Sumando esta ecuación con la ecuación ( 4) se obtiene 
dH=dQ-dU (5 
Para un proceso adiabático, dQ es igual a cero, y al Integrar la ecuación (5) 
se obtiene 
Af-1 =-U (6 
17 
Aplicando esta Ultima ecuación al método descrito de llevar eléctncamente 
el calonmetro y los productos de la temperatura 1n1c1al a la final, tenemos 
\// y como _\/-1 .. 1 • \H ~ cc O, obtenemos 
(7) 
Como se ha destruido trabaJO en el medio ambiente, tanto U como t\H , 
son negativos La reacción es exotérmica. Para reacciones endotérm1cas se 
mod1f1ca el procedimiento de manera evídente 
Si se dispone de una bomba calorimétrica de tal modo que el volumen sea 
constante en vez de la presión, el argumento no varía Se reemplazará 
simplemente en todas las ecuaciones l'i.H por óE y Cp por Cv 
11.3 Otras técnicas calorimétricas 
La técnica de fluJo de calor ideada por T1an y posteriormente mod1f1cada por 
Calve! ha sido ignorada por los 1nvest1gadores en este campo 
T1an m1d1ó el ca!or de una reacción exotérmica compensando el calor 
desprendido con enfriamiento proporcionado por un d1sposítívo de enfnam1ento 
termoeléctr1co El calor de la reacción era igual al calor extraido, y este a su vez 
era calculado por la medida de la comente del enfriador termoeléctrico en el 
tiempo Para una reacción endotérm1ca, la reacción era compensada por 
calentamiento Joule Así. en este método, el cálculo de la capacidad calorífica y 
las fugas term1cas no es necesario, puesto que las mediciones son hechas ba¡o 
condiciones de temperatura constante 
Calvet modificó la vasija de Tian para ser un calorímetro diferencial en el 
cual una de las cámaras servía como referencia y esta se mantenía a temperatura 
del termostato La segunda cámara era Ja vas11a de reacción Para una mayor 
exactitud Calvet empleó compensación interna parcial: del 90 al 95 % del calor 
total de la reacción fue compensada por enfriamiento Peltier (reacciones 
exotérmicas) o por calentamiento Joule (reacciones endotérm1cas) El calor no 
compensado era determinado exactamente por la med1c1ón de la temperatura de 
ta cámara de reacción con respecto de la cámara de referencia, como función del 
tiempo a través de los métodos clásicos 
Este m1crocalorímetro está formado por dos celdas de plata, A1 y A2, que 
definen el espacio donde se realizan las experiencias calorimétricas Cada una de 
estas celdas está rodeada por una termop1la. formada por un gran número de 
termopares d1stnbu1dos unifórmente entre las celdas y el sumidero calorif1co 
const1tu1do por un bloque de alumm10, B relativamente grande El bloque está 
situado en el mtenor de un termostato de recintos múltiples (aluminio - amianto} 
cuya temperatura se mantiene constante mediante una resistencia de calefacción 
y una unidad de control de temperaturas Éste conJunto está rodeado de material 
aislante y cerrado en un recipiente met811co 
Figur.1 ll. J /mplemenWt 1w1 tic/ ( ulon111t'!n, de J',nn - ( 'o/n'I 
/') 
Los termopares de cada termop1la están conectados en sene entre si, y sus 
soldaduras se encuentran en contacto térmico con A y 8_ Las termop1las están 
conectadas en opos1c1ón con el fm de anular las fugas térmicas; una de ellas 
actua como elemento de laboratorio, mrentras que la otra hace de elemento 
testigo 
Cuando la celda laboratorio tiene lugar un efecto térmico, la mayor parte del 
calor producrdo en la celda es transmitido al sumidero calorífico B por conducción 
calorif1ca a fo largo de los termopares La fuerza electromotriz de esta termop1la es 
proporcronal a la d1ferenc1a de temperaturas t, - t2 entre A y 8, el galvanómetro, 
G esta situado en el circuito de las termop1las y registrará una desv1ac1ón :_\ 
proporcional a t 1 - f2: 
en donde k es la desv1aClón del galvanómetro correspondiente a la variación de un 
grado de temperaturn: 
La potencia calorífica <t> = '~ ·1 , desarrollada en la celda en el instante t, se , r 
invierte a) en flujo de calor <!>1, que transmite la celda proporcionalmente a la 
d1ferenc1a de temperatura t 1 - f2 
en donde u se denomina coef1c1ente de fuga térmrca, b) en elevar la temperatura 
del recinto interno, si llamamos f3 a la capacidad calorífica de la celda y su 
contenido, la potencia consumida por esta razón en el tiempo dr será 
<P, = ¡/11_, 
- dr 
20 
siendo dt 1 la elevación de la temperatura correspondiente, por tanto 
y de aquí tenemos 
<t> " a t, " /1 dt, 
k k dr 
debido a q~e t2 permanece casi constante. Ésta última ecuación se conoce como 
la ecuación de T,an 
Integrando ésta ecuación se deduce la magnitud de la cantidad de calor. O 
producida en el intervalo de tiempo r2 - r1 
La rntegra! f ó.dr representa el área comprendrda bajo la curva t..::... / (r) y el 
eJe de tiempo de tiempo. t entre los límites t 1 y t 2 (termograma) La integral 
J d~\ representa la diferencia ti~ - ó. 1 de las desviaciones galvanométricas entre los 
instantes 1 1 y t 2 El aparato se calíbra previamente determinando las constantes 
u J.. y P{ Para ello se ut1l1zan patrones radract1vos de largo periodo que 
suministran un fluJo de calor <J) constante e lndependiente de la temperatura. o 
sustancias estándar cuyos efectos térmicos están perfectamente determinados en 
laboratorios especiales_ 
" 
\',lE<l:IJf:¡,..;[ES 
El calibrado del m1crocalorímetro puede realizarse también mediante el 
efecto Joule producido en una resistencia conocida al pasar por ella una comente 
de intensidad conocida 
Cuando en la celda actúa una potencia calorífica constante cJ) se observa 
una desv1ac1ón D. del spot del galvanómetro que se hace constante una vez que se 
nace constante una vez alcanzado el régimen estacionario En ese momento, la 
ecuac1on de T1an se reduce a 
d_\ 
ya que = O por ser .\ constante. 
d-:-
La relación 
representa la potencia calorífica que hace falta producir para mantener una 
desviación en el galvanómetro de una unidad 
Para determinar la relación a k se registran las desv1ac1ones del spot del 
galvanómetro, obteniendo una curva como la 1nd1cada en la figura, en donde se 
aprecia el cero expenmental. la etapa de calentamiento el régimen estacionario 
correspondiente a ñ constante y la etapa de enfriamiento 
.- --~~-
(t (>mpol 
Figura IIA 1ermo_l!.rumo 
Como <P;:::: 1: H, conocido .ó se determina a/ k y una vez conocida esta 
relación, se realiza otra medición para determinar cD, J tidr y t-.2 - ti,, pudiéndose 
entonces determinar la relación I;{ 
Las áreas obtenidas al integrar las curvas correspondientes a íos 
termogramas son proporcionales a los efectos calorif1cos producidos en la 
termop1la durante la experiencia 
Conocida el área a correspondiente a cada determ1nac1ón y la constante 
u t. que se determinó en el calibrado, la relación_ 
ªª () = - -
- k V 
en donde v es la velocidad de desplazamiento del papel del registrador gráfico, 
nos permite conocer el calor desarrollado en la expenencra. 
Los calorímetros isotérmicos tienen la ventaja de no requerrr med1c1ones de 
la capaCldad calorífica, y ninguna corrección es necesaria para el 1ntercamb10 de 
21 
calor entre el calorímetro y er ambiente E! uso de este tipo de calor/metros se ha 
l1m1tado pnnc1palmente a aquellos sistemas donde la taza de generac1ón de 
energia es muy lenta teniendo entonces la dificultad de mantener la temperatura 
constante La temperatura puede permanecer constante haciendo que la energia 
desprendida del calentador variable sea igual que la energía surgida de la 
reacción quim1ca. o del proceso físico, más la energia removida, por un enfriador 
del tipo PeH1er 
11.4 Enfriadores de efecto Peltier 
Los enfriadores termoeléctricos son d1spos1t1vos de estado sólido capaces 
de bombear calor_ Estos son muy útiles en el enfriamiento de pequeñas unidades 
tales como d1spos1t1vos sensores de carga acoplados (CCD), fotod1odos y láseres 
serrnconductores 
El pr1ncip1O de operación está relacionado al efecto Seebeck e! cual señala 
que una diferencia de temperatura entre dos Junturas genera una fem. El efecto 
Pell!er 1mp!1ca pasar una corriente a través de una Juntura que produce 
calentamiento o enfnam1ento dependiendo de la dirección del fluJO de la comente 
El pnnc1p1O básico se ilustra en la siguiente figura 
Mota! 1 
Velocidad de deriva nf. 
Metal 2 
Veloc:idad de deriva V2 
Velocidad de deriva n2 
Juntura lsoténnica 
fí~111 a 11. 5 {:(ecto f'd11cr en 1111a1u11111ra 111etá{l(u 
de aquí podemos ver que los electrones fluyen de derecha a 1zqu1erda a través de 
la unión de los metales 
\ "\ l U UJE;\ 1 ES 
Las prop¡edades de estado sólido del metal determinan el promedio de 
energia de los electrones en conducción. -E 1 para el metal 1 y E2 para el metal 2 
Así los electrones del metal 1 transportarán energía a la unión a razón de 
y de manera similar, la energia en el otro lado de In Juntura es 
La d1ferenc1a entre estos dos términos es la energía tomada de o por los 
atamos en la reJ1lla Como la comente deberá ser siempre la misma en la Juntura, 
entonces podemos establecer la siguiente relación 
donde q es el cambio en la carga electrónica e I es la comente El calor neto que 
fluye de la Juntura es 
Por lo tanto, el calor extraído por e! d1spos1t1vo Peltter es directamente 
proporcional a la corriente y a la diferencia en la energía transportada por los 
electrones en conducción 
El efecto Peltier es debido a las propiedades de volumen de los metales, ya 
que la capacidad térmica de los electrones en conducción cambia al cruzar la 
unión En metales normales. como por ejemplo cobre y acero, el efecto Pelt1er es 
muy pequeño y difícilmente medible De hecho. el calentamiento por efecto 
\',!I ( l:l>!Sf['-; 
óhmico es mucho mayor Sin embargo, en los semiconductores el efecto es 
apreciable y puede ser empleado como un método útil para enfriamiento 
Los enfriadores termoeléctricos consisten de arreglos de Junturas p-n 
conectadas en sene entre dos placas cerámicas térmrcamente conductivas De 
esta forma el calor es absorbido en una de las placas, transferido a través de los 
semiconductores y abandona el d1spos1t1vo vía la otra placa: por lo tanto 
estnctamente hablando el d1spos1tivo es una bomba de calor 
El calor es absorbido en la Juntura polarizada en inversa y emitido hacia la 
Juntura que está polarizada en directa Un material semiconductor con una baJa 
barrnra de potencial es requerido por lo que compuestos de telurio y bismuto son 
adecuados. para que la suficiente cantidad de portadores minoritarios pueda ser 
generada a la temperatura de operación 
Debido a que el d1spos1t1vo es reversible, este puede ser empleado también 
para calentamiento, perm1t1endo que un elemento pueda ser mantenido a 
temperatura constante para variaciones ambientales por arriba, o por debaJO, de 
un punto de operación 
Los dos parámetros de interés en un enfriador termoeléctrico son la 
max1ma temperatura que puede ser mantenrda a través del d1spos1t1vo y la 
cantrdad de calor que puede ser bombeado La máxima diferencia de temperatura 
es cuantificada para cuando no se tiene una carga térmica externa sobre una de 
las placas ( cuando no hay ningún elemento a enfriar) El segundo parámetro se 
refiere a la cant1dad de calor que puede ser aplicado a una de las placas para 
reducir la diferencia entre ellas a cero; comúnmente se designa a este como Ümax 
BaJo estas condiciones toda la potencia eléctrica esta siendo usada para prevenir 
que la placa que está enfriado llegue a estar más caliente que la otra 
2(, 
\"-.!E( l:DE:--.TJ:S 
El procedimiento para la elección del enfriador termoeléctrico más 
adecuado para la aplicación es el sigwente_ 
Primero se requiere saber la máxima d1ferenc1a de temperatura a la cual va 
a ser sometido el dispos1t1vo además de determínar la carga térmica máxima La 
carga térmica puede consistir de dos tipos activa o pasiva, o bien una 
comb1nac1ón de ambas 
Se llama carga activa al calor d1s1pado por el d1spos1t1vo que va a ser 
enfriado Generalmente este es igual a la potencia de entrada del mismo y puede 
ser determinada por la s1gU1ente ecuación 
(J' /11<1 
Las cargas térmicas pasivas son de naturaleza parásita y pueden consistir 
de rnrl1Ac1ón convección o conducción 
La carga pasiva por radiación se considera 1ns1gniflcante cuando los 
sistemas están operando en ambientes gaseosos debido a que las otras pérdidas 
pasivas son mucho mayores Esta es más s1gn1f1cat1va en sistemas con pequeñas 
cargas activas y d1ferenc1a de temperatura grande especialmente cuando están 
operando en vacío la ecuación fundamental para calcular la carga por radiación 
es 
Las pérdidas por convección en un sistema son función del área expuesta y 
la d1ferenc1a de temperatura entre ésta área y el ambiente que lo rodea, siendo 
s1gnif1catívas en ambientes gaseosos con pequeñas cargas activas o bien grandes 
27 
diferencras de temperatura_ Para estimar !a magnitud de ellas se emplea la 
siguiente relación 
O =hA(T -T) 
- C<l/1\¡'C'U/!II lllf",' < 
La carga térmica conductiva en un sistema puede ocurrir a través de los 
alambres de conexión, en !os tornillos para el montaje. etc. los cuales forman un 
carrnno térmico desde el d1spos1tivo que va a ser enfriado hasta el disipador de 
calor o al ambiente. Este tipo de carga se determina a través de la s1gu1ente 
expresión 
kA6T 
(!cm1d11am11 :::: 
l, 
Sr se presentan pérdidas combinadas por convección y conducción, se 
puede determinar su magnitud de acuerdo a la relación 
X 
+ 
k h 
Algunos diseños requieren un aiuste en la cantidad de tiempo necesario 
para alcanzar la temperatura deseada, el cuál puede ser estimado de acuerdo a 
pVc,,('Ii -7;) 
J = ------· -
(_) 
28 
\ '- [ L( EDE\ re, 
11.5 Control proporcional 
La forma básica de control en un sistema con realimentación es un control 
proporcional en la que la acción correctiva que se toma es proporcional al error 
x~ K e ,, 
donde x es la variable manipulada, Kp es la ganancia proporcional y e es la señal 
de error 
La respuesta de la acción de control se presupone instantánea No hay 
tiempo de retraso entre el cambio de la señal de error y la correspondiente cambio 
en la variable manipulada La función de transferencia para un controlador 
proporcional es 
que en el dominio de la frecuencia se expresa como 
·( ) X(iw) 
(, /W e .-(,-) e K 
1~ /OJ f 
Así las características de respuesta a la frecuencia de un control 
proporcional son una relación de módulos constante y un ángulo de fase constante 
nulo Aunque el control proporctonal es la forma básica de control, el hecho de que 
no se pueda eliminar por completo el error en la salida controlada podría ser una 
desventaJa Para mantener la salida en un valor dado es necesario un error de 
estado estacionario. 
29 
La ap!1cac1ón del control proporc10nal implica que la ganancia sea lo más 
elevada posible. pero mantenerla lo más alto posible incrementa la tendencia a la 
1nestab1l1dad. por lo que se hace necesario compensar 
Un controlador con acción proporcional es un amp!1f1cador lineal Su 
variación de fase debe ser desprec1ablemente pequeña dentro del margen de 
frecuencias en que la ganancia del lazo del sistema de contrnl es mayor que la 
unidad Por ejemplo, un controlador de este tipo es un ampl1f1cador operacional 
con reahmentac1ón resistiva. 
11.6 Fuentes conmutadas 
Una fuente conmutada es un convertidor de DC a DC de elevado 
rend1m1ento el cual consta de inductores y capacitares para almacenar energía y 
uno o vanos interruptores que se abren y cierran para regular el voltaje en las 
terrrnnales de carga El factor de servicio del interruptor se controla generalmente 
mediante un lazo de retroalimentación para estabilrzar el voltaje de salida 
Existen dos tipos bás1cos de fuentes conmutadas convertidores directos y 
convertidores paralelos o de retorno. En ambas conf1gurac1ones se emplea un 
inductor como elemento almacenador de energía. En el convertidor directo e! 
inductor se conecta en serie con la carga La energía circula a la vez por la bobina 
y la carga mientras el interruptor de la fuente permanece cerrado En el 
convertidor de retorno, la bobina se conecta en paralelo con la carga La energía 
se almacena en la bobina durante el periodo de conducción y se transfiere a la 
carga durante el penado de desconexión del interruptor 
Las fuentes conmutadas tienen rendimientos muy altos ya que son 
osciladores que sus frecuencias de operación son típicamente de 20 kHz, para 
m1nim1zar el tamaño de los inductores, alimentados a transformadores donde el 
vollaJe puede elevarse o reducirse según se requiera La salida del secundano se 
:;o 
rectifica y filtra segun se requiera para obtener el nivel de voltaJe deseado La 
función principal del c1rcu1to de control es sensar la salida y ajustar el ciclo de 
traba¡o de los transistores del oscilador para mantener la salida constante 
1ndepend1entemente de las variaciones del voltaje de entrada y la corriente de 
descarga Esto también se traduce en reducir el tamaño de la fuente y en 
consecuencia su peso además de que el tamaño del transformador de línea se 
reduce y no requiere de más de un devanado 
--, 
U,--,idod ~-} 
· óe ;:;;ont~o-! 
Fi~ur,1 11. r, ( ·011/i'!.11rm 11111e, ho,u 11, de 1111a f¡1e1//e C{}}/11//ltada 
11.7 Modulación por ancho de pulso (PWM) 
Una forma de onda PWM consiste en una secuencia de pulsos, donde el 
ancho de cada uno es proporciona[ a los valores de una señal mensaje en los 
instantes de muestreo La generación de una onda PWM se muestra en la figura 
11 3 Como el ancho de pulso no puede ser negativo es necesario añadir una 
polarización de cd a la señal antes de ser modulada. Una forma de onda de 
modulación de amplitud por impulsos (PAM) se genera entonces de la señal 
polarizada y se añade una secuencia de pulsos triangulares sincronizados. La 
señal se corta a nivel por un circuito que rinde una salida A, cuando esté por 
encima del nivel de corte 
11 
Esta señal tiene una componente de OC, la cual es útil para polanzac1ón de 
d1spos1t1vos que funcionen con este tipo de corriente_ Esta componente esta en 
función únicamente del c1do de trabajo de la forma de onda PWM St def1n1mos 
cada pulso como_ 
{
V 
/ (/) ~ o 
l, < t,;, l 
donde T es el penado del pulso y ta es el tiempo que permanece en alto Entonces 
la magnitud de la componente de OC será 
1 1 
v,,1 ~ r f t (i )<11 
" 
1 '' 1 
~ j Vdt ~ " ¡: 
r,, r 
entonces el voltaje de OC es proporcional al ciclo de trabajo 
/' -5V " -
donde et ere/o de traba¡o se define como la razón del tiempo en alto con respecto 
al periodo 
n 
-\;\. 1 El EOE\.; rES 
Se/la! 
rr,:rnseje rné,¡c 
11o!M¡M<,iór1 
ó~ cd 
,:,j(I , J( 
X (rJ 
[7 
,, 
' Putios -1 
Hia-,,g,.;Jaria e\ 
~incronizado?. 
e,_,,-, •e •orina 
í"!s onda P A"/t I\ 
1, 
" !i
í ~rrna d;:, onóa PNM 1 ! 
1 11 
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11 
J l IL 
\ 
\ \ 
\ 
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-'--'~-'-\ 
.~ JLj 
fi¡..,'lira ll. 7 ( ienemum, de una fim11a de onda PIV,\,/ 
:n 
Diseño del Equipo 
l>bl-\;Q DEL EQUIPO 
111 DISEÑO DEL EQUIPO 
La 1mplementac1ón del calorímetro se hizo pensando en que pudiera operar 
en dos modos como calorímetro titulador y calorímetro d1ferenc1al Se dec1d1ó 
emplear la técnica de Calvet utilizando un solo dispos1t1vo calefactor - enfriador El 
s1gu1ente diagrama muestra la 1mplementac1ón propuesta 
CNMAA 
AD!ABATICA 
FUEt-lTE DE AU',IEtffACION 
TACÓMETRO 
s~nso.~s. ~~ 
1e"1per,1ur;;, 
~-~~-~ 
CELDA DE 
REfERH,".:,.._ 
'¡ CO,HROL DE 1 
1 
TEMPERATURA 1 
===i 
MI.JLTIPLEAúR 
~---·· ;) 
, __ ,, 
T,::,RJETA DE 
,LC=~!=J~"'-__¡__JADQUSICION 
OE DATOS 
h~ur.t IU. I Diagrmna ele bloque.\ de la i111plcme11/ollát1 ¡11o¡mc,1a pwa el colorí111etro d1jere11, 1af 
Para la descripción del equipo, se ha d1vrd1do este en dos partes el srstema 
térmico - mecánico y el sistema electrónico. El primero consta de el rec1rculador, 
ta cámara adiabática, las celdas de reacción y referencia. El sistema electrónico 
consta de los bloques restantes que se ilustran en la figura A cont1nuac1ón se 
descnblrá brevemente el srstema térmico - mecánico mientras que el sistema 
electrónico será descrito a mayor detalle 
lll':.i-'',0 DEL EQUIPO 
111.1 Sistema Térmico - Mecánico 
El sistema térmico - mecánico fue desarrollado en el Laboratorio de 
Calor,metria y Termod1nám1ca de Soluciones (CALORTERSO) de la D1v1s1ón de 
Estudios de Posgrado de la Facultad de Química de la UNAM por el Dr Antonio 
Reyes Chumacero_ Dicho sistema está constítu1do por !as s1gu1entes partes 
Rec1rculador 
Cámara ad1abát1ca 
Celdas de reacción y referencia 
El obJeto del recirculador es extraer e! calor de !a cámara ad1abát1ca con el 
fin de mantener la temperatura constante de la misma Este equipo es de la marca 
Colora y emplea una mezcla de agua y anticongelante para intercambiar el calor 
de la cámara Dicho equipo es empleado tambíén en otros instrumentos que se 
encuentran en el laboratorio 
La cámara adiabática fue construida en madera de ½ pulgada 1 con un 
volumen aproxrmado de 55 dm3 En su 1ntenor conliene una vasJJa de latón de 20 
15 cm en forma elipsoidal con una entrada de ½ pulgada para conectar la 
manguera del recirculador Todo el espacio interior restante es llenado con un 
material mineral que no permite el flujo de calor del interior hacia el extenor y 
viceversa 
También se dispone de otra vasiJa, esta construida en acero inoxidable de 
forma elipsoidal de 15 x 1 O cm. Esta vasija se introduce dentro de la otra vas11a de 
latón con el propósito de contener el par de celdas del calorímetro Si se requiere 
este recipiente puede ser fíenado de agua, para ayudar a mantener la 
temperatura del interior de la cámara 
t pulg.1d,1 = 2 5-1 cm 
J6 
Ul~E'.O LJfT EQUIPO 
Las celdas para contener las soluciones están construidas en acero 
1nox1dable son de forma cilíndrica con diámetro de 1 pulgada y un volumen de 15 
m1l1l1tros=' Ambas celdas cuentan con tapones de teflón de forma cónica para ser 
sellados herméticamente El tapón de la celda de reacción cuentas con tres 
perforaciones una para introducir el sensor de temperatura (13/64 de pulgada), 
otra para ad1c1onar algún reactivo mientras se efectúa la prueba (3/64 d pulgada) y 
una más para introducir un ag1tador(3/16 de pulgada). El tapón de la celda 
muestra sólo posee una perforación que permite introducir el sensor de 
temperatura correspondiente 
Las celdas deberán tener un fondo perfectamente plano, ya que ambas son 
colocadas en una barra de aluminio para su soporte. Además, la celda de reacción 
debe tener adherido el elemento termoeléctrico, con el correspondiente d1s1pador 
de calor_ Es por ello que la barra de aluminio permite tener una trayectoria de calor 
hacia la vasIJa de manera que este pueda ser extraído de la cámara adiabática y 
en consecuencia mantenerse la temperatura de la misma 
- 1 1111l1hlro = 1 CIH; 
37 
l)l'-,E~O Dt.L EQUIPO 
111.2 Sistema Electrónico 
EJ sistema electrónico, objeto de esta tesis, fue desarrollado en la Sección 
de Electrónica del Departamento del Centro de Instrumentos de la UNAM, en 
colaboración con CALORTERSO. 
Para la implementación del calorímetro era necesario diseñar y construir 
los s1gu1entes módulos 
Fu ente de alimentación 
• Termómetro 
Control de temperatura 
Amperímetro 
• Agitador 
• Tacómetro 
Ademas, como es necesario llevar un registro en el tiempo de las variables 
del calorímetro, se necesita una tarjeta de adqu1s1c!ón de datos que nos permita 
capturar toda esta información, para ser procesada posteriormente 
A continuación se describe a detalle el diseño de dichos módulos_ 
111,2.1 Fuente de alimentación 
El sistema debe contar con una fuente de alimentación simétrica de ± 5 V 
con vanac1ones en el volta¡e del ± 5%, y una comente max1ma de salida de 1.5 A 
Para la implementación de esta se dec1d1ó emplear el circuito integrado LM 2587 
de la sene Simple Swltcher de National Semiconductor. Este circuito permite la 
construcción de fuentes conmutadas con salidas múltíples sin necesidad de 
agregar demasiados componentes externos, debrdo a sus características, entre 
las cuales se encuentran las s1gu1entes: 
38 
Ul'iL"\O DEL EQUIPO 
Rango de voltaIe de entrada 4 - 40 V 
, Comente de salida máx1mff 5 A 
Función de encendido suave que reduce la comente de avalancha durante el 
encendido 
• F recuenc1a de conmutación f1Ja del oscilador interno 100 kHz 
, Operación en modo de comente para meiorar la respuesta transitoria, 
regulación de línea y límite de corriente 
Protección del transistor de salida contra temperatura, corriente y baJO voltaJe 
Tolerancias en el voltaJe de salida de± 4% máximo baJo cond1c1ones de carga 
y de línea 
El diagrama de bloques del c1rcu1to es el s1gu1ente 
Figura 111. 2 lJiaKra111a de hfoqun del 
c1rcuitv 1ntegrndo L \t:!587 
Además exíste una serie de inductores y transformadores expresamente 
fabricados por la compañía Collcraft para el diseño de fuentes de ahmentación 
conmutadas empleando el LM2587. La siguiente tabla muestra los números de 
parte así como sus características de los transformadores diseñados por la 
compañia 
D!Sl:~U DEL EQUIPO 
i NUMERO DE PARTE L (¡,H) RAZON DE TRANSFORMACION AISLAMIENTO 
! PRI/SEC 
; VRMS 
' O4435-B 22 1: 1 500 
O4434-B 22 1 1 500 
¡ O4436-B 22 1 2.5 2 5 500 
! 04337-8 22 1 2.5 2 5 500 
¡ O4343-B 85 1 8·8 500 
' O4344-B 85 1 35 8 8 500 
' O4437-B 55 1 5 1 167 1 167 500 
l O4338-B 66 1 .5:1167 1 167 500 
~ O4438-B 65 1:1 2:1 2 500 
' O4339-B 66 1.121 2 500 
' S6057-A 47 1 1 500 
' 
' S6000-A 47 1 1 500 
T,1hl,1 111. 1 ( 'nrnc /cri,11co1 de /o_1 fro11,fei1111adorl.'\ d.- fa ir:rtc ,\1111ph' .\1111c ftn /ahnc mio, flOI ( mlc ru/1 
Para fac1lrtar el diseño. National provee un software. Sw1tchers Made 
Sirnple, el cual es un sistema experto que determina el valor de los componentes 
pasivos (resistencias, capacitares e inductancias). así como cuales deben de ser 
los elementos semiconductores (diodos) y la mejor elección del c1rcu1to integrado 
E! mismo programa determina los valores máximos de nzo, comente de 
conmutación y la res1stenc1a térmica del d1s1pador_ 
La gran ventaJa del paquete es que podemos diseñar de acuerdo a los 
requenm\entos de nuestro sistema, obternéndose así una pnmera aprox1rnac1on, 
que después podemos ajustar a los valores comerciales más cercanos. dándonos 
de esta manera el diseño final de la fuente. La mayor utll1dad que representa esto, 
es que podemos aiustar el valor de la 1nductanc1a a los valores comerciales de la 
sene de Co1!craft, lo cual s1mpl1f1ca en gran medida la implementación 
Empleando esta herramienta, el diseño de la fuente es como sigue. se 
indican los valores de voltaje y comente de salida, así como el intervalo de voltaje 
de entrada 
Fii.,•11rJ. 111. 3 Pa111a/Ja de rh.\er"ío del programa S1111ple Sl\'ltcher 
Los parámetros de temperatura de operación, voltaje de rizo pueden 
deJarse srn especificar, y entonces el sistema toma los valores que por default 
tiene espec1f1cados voltaje de rizo del 5% del valor nominal del voltaJe de salida y 
el intervalo de temperatura de operación de O a 70 ºC. 
Después de oprimir Ok, el sistema determinará cuales son los 
componentes que deberán emplearse para la 1mplementac1ón. Debido a que 
seleccionamos dos salidas, la configuración que el sistema elegirá será la 
conocida como fly back, la cual involucra un transformador, que el sistema 
caracteriza Unicamente por la magnitud de la inductancia del devanado primario 
del mismo, así como por la reladón de transformación. 
La s1gutente figura muestra la pantalla que presenta el programa una vez 
que ha calculado los valores de los componentes de la fuente 
41 
!JI\I '.;o DEL l:.QL!IPO 
Figur,1 111. 4 l'allfalln que 111ue11ra lo\ ui111prmente1 l aludodO\ por el 
pn•grn111n 
Como los valores del transformador no corresponde a los valores 
comerciales que fabrica Co1lcraft, se oprime ESC para tener acceso al menú 
principal, y de esta manera elegir la opción editar componentes, en donde 
especrf1caremos el valor deseado del mismo: valor de la inductancia del primario 
de 85 ¡tH y relación de transformación de 0.8 (transformador O4343-B) 
FiJ,.rurJ. 111. 5 1'011/nlla para 111od1fiinr lo., 1·nlore1· de /01· co111ponen!e.1 
cnlculodo.1 pnr el proj.!ramo 
DISENO DLL EQUIPO 
Opnm1endo Ok. el sistema rec2 :ulará los valores de los componentes de la 
fuente sm modificar los parámetros =.Je nosotros modificamos. De esta manera, 
los nuevos valores que determina e! s. stema experto son: 
Fij.!;ur.i III. 6 /'anta/fo. , .,,, re,ullado, de1{'11e1 de modificar l<n 
1 a/ore, de :. ~·11110.1 de lo, c1,mpo11e11te1 
El software determina así m1s;-1::) los anál1s1s de estab1l1dad y térmico y con 
la opción esquemático podemos ob~~-,er el diagrama de la fuente 
Fi¡._rura JIJ. 7 DmJ!rom,: .. memát1c.o prod11c1do por .\imple Swttcher 
[>hl~'-0 DLL EQUIPO 
111.2.2 Sensores de temperatura 
Para registrar la temperatura de la cámara, asi como de la celda de 
referencia y la celda de reacción se emplean tres circuitos integrados LM335Z 
Estos transductores poseen internamente una red de lineal1zación, así como toda 
la c1rcuitena asociada para proporcmnar un voltaje de salida directamente 
proporcional a la temperatura absoluta Este está regido por la siguiente ecuación 
[v] 
1 · Volta¡e de salida a la temperatura de referencia en Volts 
7 Temperatura de referencia en Kelvin 
T Temperatura a sensar en Kelvin 
La configuración básica del circuito es mostrada en la figura. Se puede 
apreciar que sólo se necesita polarizar el CI por medio de una resistencia. la cuá! 
debe ser seleccionada de tal forma que para escala máxima aseguremos que e! 
cIrcuIto sea polarizado por la comente mínima de operación 400 µA, mientras que 
a temperatura ambíente o de referenC!a la corriente de polarización sea de 5 mA 
rv11entras nos encontremos dentro de este margen de comentes podemos asegurar 
a,ue el cIrcuIto trabajará correctamente sin detnmento de sus características 
Vcc 
R1 
Salida 
1 O mVlf< 
LM335 
Figura 111. 8 Config11rac1im há\tca 
del \et/Sor dr: temperarura l~\1335 
D!"-;E;,;_:O DEL E<)UIPO 
Tomando en cuenta que el voltaje de la fuente es de 5 V, la temperatura 
max1ma de operación de 45 ºC y la temperatura de referencia de 20 ºC, además 
de que la pendiente de la recta del voltaJe de salida es de 1 O mV/K, entonces la 
resistencia de polarización será de 
318.15 
= 2.93lx 
293 15 
=3.181 V 
1111111 
N, = 4547.5 n 
y para temperatura ambiente: 
v,,,,,,, .. r· =2.931 
j ILL\ 
u,= 413.8 n 
5-3.181 
4x10·' 
5-2.931 
5 X 10-' 
por lo que una res1stenc1a que caiga dentro del valor del intervalo 
4547 5;,R{?'.413 8 Q garantizará que el transductor se encuentra correctamente 
polanzado S1 escogemos R 1 de 2 kQ, e! circwto estará polarizado por una 
comente que va desde los 0.9 mA a 1 mA, lo cual se traduce en una comente de 
polarización de 1 mA ± 1 O %. En el peor caso. cuando la temperatura alcanzara un 
valor de --40 ºC, la corriente de polanzac1ón tendría una magnitud de 1.33 mA, que 
aunque es un 33 % mayor a la comente de diseño, no causa ningún daño al 
d1sposit1vo ni afecta su funcionamiento De igual forma, cuando se tuvrera una 
temperatura de 125 ºC, la corriente sería de 509 mA, dando la máxima variación, 
pero aún así dentro del intervalo de corriente proporcionado por el fabncante 
-1) 
IJl'-,L;,..o 01:L EQUIPO 
Sin embargo. el sensor presenta desv1ac1ones típicas de hasta 1 ºC de la 
temperatura real, por lo que es necesario calibrar el transductor Para ello Nat1onal 
ha provisto de una terminal de a1uste al c1rcu1to, y para ello basta conectar un 
potenciómetro de 1 O kn en dicha terminal y proceder ajustar este hasta lograr que 
el clfcuito entregue el voltaje correspondiente a la temperatura Para facilitar el 
aiuste es conveniente colocar un potenciómetro multivue1tas (tnmpot) así de esta 
manera podemos obtener un ajuste más preciso La configuración del sensor se 
muestra en la s1gU1ente figura 
Vcc 
R1~;: Sahd<I 
1 O rn\',J\ 
LM335 - ,, 
1
01c 
Figur,1111. 'J ( ·11c111/11 de 
e allbrnuon ¡,uro t'f I \l >55 
Debido a la naturaleza de las soluciones que se van a trabaJar en el 
calorímetro es necesario encapsular este en un cilindro de acero 1nox1dable de 
3/16 de pulgada (aproximadamente 4 763 mm) de diámetro y una longitud de 3 5 
cm Además de que los cables de conexión deben de tener una longitud de 2 m, lo 
cual puede 1nlroduc1r ruido en el sistema Para d1sminu1r este efecto. se dec1d1ó 
emplear cables de 3 hilos, calibre 22 AWG, blindados con malla de cobre. la cual 
es conectada a tierra física Los efectos de cableado largo son prácticamente 
despreciables. aunque estos pueden ser prevenidos por medio de un filtro paso 
baJo en las terminales del sensor 
Para asegurar que haya una adecuada transferencia de calor entre el 
encapsulado de acero y el sensor mismo. este es cubierto con grasa de s1licón, de 
la empleada en los disipadores de calor, además de ser sellado con siltcón el 
c1l1ndro en su totalidad. 
111 2.3 Termómetro 
Para fac1l1tar el manejo del calorímetro, se requiere mostrar la magnitud de 
la temperatura tanto de la celda de referencia, como de la celda de reacción. Esto 
con el fin de poder agregar más litulante a la celda de reacción cuando la 
d1ferenc1a de temperatura entre esta y la celda de referencia sea cero Ademas 
también se requiere de monitorear constantemente la temperatura del termostato 
(cámara ad1abét1ca) para verificar que esta permanece constante 
Para ello se propone la implementación de un termómetro, que permita 
tener la lectura de las temperaturas en un desplegado digital Como los sensores 
de temperatura entregan un voltaJe proporcional a la temperatura absoluta, y la 
escala que se emplea con más frecuencia en el laboratono es la escala Cels1us, 
pues es necesario realizar la conversión a esta, para ello contamos con la relación 
T.,. = 1~ - 273.15 
lo cual nos 1nd1ca que debemos de restar 2 7315 V al volta¡e proporcionado por el 
sensor de temperatura. 
Para la implementación del termómetro es necesario una referencia de 
vollaJe a 2 7315 V, un convertidor analógico d1g1tal y los drivers necesarios para 
los desplegados de siete segmentos. 
El circuito integrado ICL7107 J, el cual es un convertidor analógico digital de 
3 ½ dígitos posee todos los bloques necesarios para este propósito (excepto la 
referencia de 27315 V) Este mcuito es fabricado en tecnología CMOS, por lo que 
posee una rmpedancra de entrada muy alta, e internamente contiene una 
referencia de voltaje, relo¡, driver para polaridad y decodificadores de siete 
segmentos. El diagrama de bloques de la sección ana!óglca y drg1tal se presenta 
en !a siguiente figura 
f1gurJ. m, !{J \·• .(({/(l(/(lfl(l/(Í7' .f:.t(a dd /t ·¡ - /IJ"' 
Figur,1 111. 11 
-' fJ f- Lf 
(l U.7/lr Se(CUÍII d15!tla/ /•// . 
4X 
'Glt107 
IJISU\;o DEI. H)l;IPO 
La apl1cac!ón típica de este circuito es como voltímetro d1g1tal, y de acuerdo 
a !os valores de los componentes el intervalo de lectura puede estar entre los -200 
a 200 mV, o bien de los -2 a 2 V. En este caso se empleó la conf1gurac1ón típica 
de -2 a 2 V 
Figur.t 111. 12 C'rm(iJ!_Wa< 1rí11 del ICl.7107 r o/1//J wl/ínwfro d1g1rnl 
El circuito emplea una técnica de conversión de doble pendiente, la cual 
permite rechazar las señales de 1nterierenc1a en modo común Además, la versión 
fabricada por Max1m posee un integrador de fase cero. e! cual permite eliminar 
efectos de h1stéresis del circuito 
Para asegurar que el integrador no se sature, se debe tener cuidado en la 
selección del capacitar. El valor nominal del capacitar deberá ser de 22 ~tF para 
tener tres lecturas por segundo. cuando el relo¡ corre a 48 kHz, además debe 
tener una baJa absorción en el dieléctrico para m1nim1zar errores de linealidad. 
También se debe tener cuidado con e! ruido del sistema, ya que este influye 
directamente sobre la puesta a cero del c1rcU1to Para esto se dispone de un 
capacitar de auto - cero, que para la escala de 2 V deberá tener un valor de O 047 
pF Aumentar el valor de este capacitar se traduce en una dismínuc1ón de ruido, 
sin embargo introduce histéres1s Con el integrador de fase, esto no sucede. 
l>hL '-O DEL U)L.:li'O 
La frecuencia de! oscilador interno está dada por la s1gu1ente relación 
j 
O 45 
JiC 
[Hz] 
s1 tornamos R igual a 100 kQ, y una frecuencia de reloj de 48 kHz para tener tres 
lecturas por segundo. entonces el valor del capacitor será de 93 75 pF, que 
aproximándolo al valor comercial más cercano será de 100 pF 
La referencia de voltaje interna deberá ser ajustada al valor de 1 V para 
escala completa de 2 V El capacitar de referencia deberá tener un valor de O 1 ~LF 
para prevenir errores de rol\over cuando existen voltaJes de modo común muy 
grandes S1 se emplea un capac1tor de O 1 ~1F este error permanecerá típicamente 
a la mitad de cuenta 
E! calor generado dentro del c1rcu1to por la comente drenada para el 
desplegado provoca fluctuaciones en la temperatura del chip, lo cual puede 
provocar cambios en la lectura debido a variaciones de voltaje en el voltaje de 
referencia Reduciendo la potencia disipada por el circuito se puede d1sm1nu1r este 
efecto Una forma de reducirlo es empleando desplegados de ánodo común de 
baJO voltaje o bien una reducción del mismo Esto se puede lograr colocando una 
resistencia en sene con la terminal del ánodo del desplegado También se podna 
obtener el mismo efecto al colocar un diodo rect1f1cador, ya que d1sm1nu1ría el 
voltaJe efectivo en el ánodo del desplegado Esta última alternativa es más viable 
cuando no se quiere que la brillantez del desplegado no d1sm1nuya, como ocurre 
con la res1stenc1a, ya que al estar más segmentos encendrdos, y al estar l1m1tada 
la comente por la resistencia, la brillantez de los mismos disminuye. 
Para generar el voltaje de referencia de 2 731 empleamos el arreglo 
s1gwente 
j() 
111-;r::,:.o DEL EQUIPO 
A,(; ,-, 
;j ¡_¡ -.,_1__ rn, v 
.,,., _¡¡; _:;.._6_.-4- ---o 
vr ¡_, ----f---:i-L _, ,,...-¡~ 
v74 
F1gur.1 111. 13 /(t'_fen,11no de:! 7 3 I ¡ · 
El ampl1f1cador operacional LM308 se emplea como ampl1f1cador no 
inversor Este dispos1t1vo tiene la característica de tener una baja deriva con 
respecto a la temperatura, además de poseer terminales que permiten compensar 
en frecuencia_ El circuito LM336-2.5 es una referencia de voltaje fíJa a 2 5 V con un 
bajo coef1c1ente de temperatura e 1mpedanc1a d1nám1ca de 0.2 Q_ La combinación 
de ellos nos permite ohtener- el voltaJe de referencia de 2.731 V El voltaje de 
salida del amplificador está dado por. 
Vo~(1+-
11
• )v, (v] 
H, + 1/, 
de manera que ajustando R3 podemos obtener a !a salida los 2. 731 V necesarios 
para obtener la lectura en ºC Para obtener mayor precisión en el ajuste se 
emplea un potenciómetro mult1vueltas, y las demás resistencias deberán ser de 
película de metal, cuyas tolerancias son del 1 %. La conf1gurac1ón final del circuito 
es !a siguiente. 
.'il 
IJISI '-.O IJEL EQUIPO 
1;~ -..<;-~ 
.· -·•,) ---0 
.~,r~] 
) 1 
-,~ 1.' 
1 
·' 
1]<,C:C f ~:{'4', 
~·, ;,,i ,n 
i •ooci 
f-' 
i 
"' 
Figura III. 1-1 1ermómetro d1f!,1fal 1111ple111e11tado con el c11c 11110 /( '{,7107 
111.2.4 Control de temperatura 
El propósito principal del calorímetro es compensar las d1ferenc1as de 
temperatura entre la celda de reacción y la celda de referencia Dichas d1ferenc1as 
típicamente son alrededor de 1 o 2 ºC, y el tiempo en que se deben compensar 
es alrededor de dos minutos. Esto nos lleva a la necesidad de construir un control 
de temperatura que permita esto de manera rápida, y que el error deba de estar 
en O 01 de ºC 
Debido a la naturaleza de las reacciones químicas, endotérmlcas o 
exotérmicas, se debe proporcionar calentamiento o enfriamiento a la celda de 
reacción, por lo que debemos contar con un elemento que tenga la capacidad de 
realizar ambas funciones 
Esto se consigue empleando un enfriador termoeléctrico, TEC por sus 
siglas en inglés (Thermoelectric Cooler). Como se vio en el capitulo de conceptos 
52 
!Jl')L'.\-0 Ol:.L E(JUIPO 
basicos. estos elementos proporcionan calentamiento o enfriamiento dependiendo 
del sentido en que se haga circular la corriente. Además tienen la ventaJa de ser 
de tamaño reducido, no contíenen partes móviles que se desgasten o requieran de 
mantenimiento y operan a baJOS voltajes. 
El control de temperatura cuenta con un elemento de este tipo, y opera en 
forma proporcional El emplear este tipo de controlador es con el propósito de 
tener una mayor estabilidad, ya que en este caso siempre existe un pequeño error 
residual. aún cuando este ha alcanzado su respuesta fmal, de manera que el TEC 
no pasa de un estado de encendido a apagado ( caso de un controlador ON/OFF) 
prolongando su vida útil El diagrama del circuito propuesto se muestra enseguida 
,.,,. 1 
'-Ci:-·•· 
1 Rs 
l._~ w:]-¡-º/~.~ . 
j ,,:1 1;;,, 
r{ "" 
"' l :-:,.-.-.::,_ 
1, 
.• 1 
·"··· 'i 
F1~urn 111. 15 Control l'mporuonaf Bipolar de Tempermura empli!amlo 1111 1 {:( · 
La primer parte del circuito constituye un amplificador de error. A este llegan 
las señales de temperatura de la celda de referencia (Trer) y temperatura de la 
celda de reacción (T,ea) El voltaje de salida del amplificador de error es. 
53 
Dhl: .:::o Dr:L EQUIPO 
de aqui que tengamos directamente la señal de error entre ambas temperaturas 
Esta seña( de error_ es alimentada a) segundo amplificador, el cual es un 
arnphf1cador no inversor con ganancia ajustable Este bloque constituye nuestro 
elemento proporcional del control, y el voltaie a la salida será 
V 
" 
Rs + R,, V,, 
R,, 
as1 de esta forma podemos tener control sobre la ganancia del amplificador 
unicamente con la manipulación de R6_ Cuando el potenciómetro se encuentra en 
su posición de mínima res1stenc1a. la ganancia del amplificador será muy alta, casi 
corno en malla abierta, sin embargo cuando se encuentra en la posición máxima, 
la ganancia del amplificador será de 2. ya que R5:::R6 
Como podemos a1ustar la ganancia del amplif1cador tan alta como 
queramos esto puede provocar que el control empiece a oscilar, para ello, es 
necesario colocar una red de compensación, y esto lo lograrnos a través de Cs Un 
capacitar de O 1 ~tF nos proporciona un amplio margen de estabilidad 
El último amplificador forma un amplificador de potencia de simetría 
complementaria_ Rs nos proporciona un ajuste en la comente del amplificador 
Como se recordara. el TEC enfriará o calentará dependiendo del sentido de !a 
comente que círcu!e a través de él En este caso, la comente invertirá su sentido 
de acuerdo al voltaje de salida de! amplificador proporc!onal, o bien lo mantendrá 
hasta que el error entre las temperaturas sea muy cercano a cero S1 el voltaje es 
Va < O, entonces los transistores PNP estarán encendidos, mientras que los 
lll'.->l:'.',:O UEL EQUfPO 
transistores NPN estarán cortados, cerrando entonces la trayectoria de comente a 
través del TEC y en sentido - a +, por lo que e! TEC enfriará (aquí en este caso 
T,et > Trea} En el caso de que Va > O, entonces ocurre lo contrano, siendo ahora el 
fluJ0 de comente a través del TEC de+ a -, y por tanto este calentará (este es el 
caso cuando Tref < Trea} 
Un punto medular del diseño es la elección del amplificador operacional ya 
que este debe tener un baJo nivel de offset, además de respuesta rápida Además 
debemos considerar una baja deriva con respecto a temperatura. Max1m fabrica el 
c1rcu1to integrado MAX 479, el cual contiene cuatro amplificadores operac1onafes 
con las siguientes característícas: 17 ~tA de corriente de polanzac1ón, 70 ~tV de 
voltaje de offset, 250 pA de corriente de offset de entrada y deriva de 0.5 ~tV/ºC 
Es fabricado en tecnología CMOS, por lo que posee una alta 1rnpedanc1a de 
entrada (2 GQ). T amb1én este integrado es capaz de trabaJar con una sora fuente 
de 5 V. además de permitir como entrada O V Nat1onal Semiconductor fabnca el 
circuito LMC6064, el cual también es fabricado con tecno/ogia CMOS y con 
caracterist1cas similares Al implementar el control con ambos c1rcu1tos 
encontramos ciertas diferencias, resultando la mejor opción el MAX 7 49 
La resistencia Rs nos permite sensar la comente que fluye a través del TEC, 
además de proporcionarnos mediante la polandad de la caída de voltaJe en ella su 
sentido 
Como se puede notar, la corriente demandada por el TEC, será 
proporcionada directamente de la fuente de alimentación, la cual deberá estar 
perfectamente regulada y con un contenido de rízo menor al 10 %, lo cual se 
traduce en pérdidas menores al 1 % en la potencia d1s1pada por el d1spos1tivo 
La elección del TEC deberá de estar en función de la cantidad de calor que 
deba ser removido y de la diferencia de temperatura máxima entre la cara caliente 
y la cara fría. Para la aplicación, no requenmos de grandes gradientes de 
55 
/Jl'lf-.;_O D!:\. EQUIPO 
temperatura entre caras y la carga térmica es principalmente el calor desprendido 
o absorbido en la reacción Las pérdidas por rad1ac1ón y convección son mínimas 
ya que nos encontramos dentro de un ambiente controlado, y podemos 
despreciarlas Las pérdidas por conducción también no son muy slgnif1cat1vas, ya 
que el pnnc1pal camino térmico lo constituye el disipador de calor y la barra de 
alum1n10 que lo sostiene Así que para nuestra ap!lcac1ón elegimos un TEC con 
una capacidad de dis1pac1ón media fabricado por Marlow Industries El modelo 
seleccionado es el Ml1025T, cuya disipación de potencia máxima es de 5 W, 
consume una corriente máxima de 1.8 A y opera a voltajes máximos de 4 4 V Las 
dImens1ones del d1spos1tivo son- 11 mm de largo, 8.8 mm de ancho y un grosor de 
2 1 mm Esto es importante, ya que este deberá ser montado en la celda de 
reacción. la cuál llene 25.4 mm de diámetro, y por tanto las dimensiones no deben 
exceder este límite, para que todo el calor emitido por el TEC sea aprovechado en 
la celda 
La selección del disipador de calor que se debe usar es crucial para el buen 
funcionamiento del sistema Todos los TEC requieren de un disipador, ya que de 
no tenerlo estos podrían destruirse La diferencia de temperatura del sistema es 
típicamente muy diferente a la del gradiente de temperatura del TEC Un 
parámetro de diseño tipico es el límite de temperatura máximo al cual el disipador 
se va elevar sobre la temperatura ambiente La temperatura del d1s1pador afecta 
directamente a la temperatura del lado caliente del enfriador, la cuál a su vez 
afecta a la temperatura que se puede alcanzar del lado frío La resistencia térmica 
del disipador se puede evaluar por la siguiente expresión 
T -T 
B = --'--~-' 
Q 
donde T, es la temperatura del disipador, T 2 es la temperatura ambiente o !a 
lemperatura del medio refrigerante y O es la carga térmica total del disipador 
l6 
Dl\l-_;::_o DEL EQUIPO 
El objetivo del disipador es m1rnm1zar la resistencia térmica, y esto se logra 
a través de del área expuesta del mismo, además de que puede requerir 
c1rculac1ón de aire forzada o de algún líquido Los valores típicos de la res1stenc1a 
del disipador van de los O 5 a 5 ºCfW, sin emplear ningún método de enfnam1ento 
forzado En el caso del calorímetro, podemos conslderar que se tiene enfriamiento 
forzado. ya que el recírcu1ador se encarga de mantener la temperatura de la 
cámara constante. por Jo que fa resistencia del drs1pador puede d1sm1nu1r a! rango 
de O 02 a O 5 ºC/VV El disipador empleado para la celda es de aluminio de 5 cm 
de largo, 3 5 cm de ancho y 4 aletas de 1.2 cm_ 
Los métodos de montaje del TEC sobre el disipador pueden ser cualquiera 
de los tres siguientes soldadura, pegado o compresión. En nuestro caso se 
dec1d1ó emplear el método de pegado con resina epóxica para lograr una meJor 
conducción térmica 
La preparación de la superficie es de suma 1mportanc1a, ya que esta debe 
ser lo más plana posible libre de polvo, aceite. rebabas o despostiJJaduras. Se 
deben !1mp1ar la superficie del TEC y del disipador con alcohol 1sopropíl1co, o 
cualquier otro solvente y una vez limpias se coloca una capa uniforme de resma 
epóx1ca sobre el disipador_ Enseguida se coloca el TEC presionándolo y rotándolo 
suavemente hasta remover el exceso de epóx1co. Se aplica un peso o se suJeta 
por medio de un tornillo de banco y se deja secar el epóxico por 24 horas. Para 
acelerar el proceso de curado se puede aplicar calor al TEC, cuidando de no 
exceder los 65 ºC. y entonces el tiempo de secado será de 2 horas 
57 
l>hl: "-O DEL !::QUIPO 
111.2.5 Amperímetro 
Una de las variables más importantes de conocer en el calorímetro es la 
comente que crrcula a través del TEC, ya que esta nos indicara en cierta forma la 
cantidad de energía que se absorbe o desprende durante la reacción 
La res1stenc1a R,, (figura IIL15) nos proporcionél el elemento sensor de 
cornente del circuito Esta res1stenc1a debe de ser dimensionada de tal forma que 
nos permita detectar desde pequeñas comentes hasta comentes 
considerablemente altas Debemos tener en cuenta que el factor más importante 
es la d1s1pac1ón de potencia que va haber en ella, ya que de no hacerlo, podríamos 
rncurnr en un error, porque debemos recordar que uno de los factores que afectan 
a la res1stenc1a es la temperatura Si d1mens1onamos la resistencia para detectar 
comentes en el rango de 1 mA a 1 A, ehg1endo un valor de O 33 Q, tendremos 
V,=RJ=033xl=033 (V] 
P, =Vl=fU~ =033xl: =033 [w] 
pero como la comente máxima del TEC puede llegar a casi 1.5 A entonces 
tendríamos que-
1·, =RJ=033xl 5=0495 [v] 
P, =Vl=RI' =033x! 5' = 0.743[W] 
por lo que entonces, la resistencia sensora deberá de ser de O 33 Q @ 2 W, para 
tener un margen de seguridad. Es dificil conseguir resistencias con estas 
caracterist1cas con toferanclas pequeñas, pero tolerancias de un 5% nos darían un 
error de-
f)[~E:,;.;0 DEL EQUIPO 
1 ." = (1 + O 05), O 3, x 1 5 = O 52 [V] 
¡· -1· 0.52-0 495 
C = ,, ' X I ÜQ = /.. j ÜÜ = 5% 
/' O 495 
y el mismo resultado obtendríamos s1 hacemos el cálculo pensando que la 
res1stenc1a disminuye en lugar de aumentar 
S1 queremos tener un voltaje proporciona! a la corriente, entonces se puede 
emplear un amplificador operacional en configuración inversora, tal y como se 
muestra en el siguiente diagrama 
Figura 111. 16 !Jwgramn e1q11e11uíl1lo del 
amperimelro 
El LM4250 tiene dos características especiales en comparación a otros 
amphficadores operacionales. La primera es su capacidad de aiustar 
externamente los niveles de comente de polarización, y la segunda es el uso de 
transistores PNP en el par diferencial de entrada. 
Por medio de una sola resistencra (R2) es posible ajustar el nivel de 
comente de polar1zac1ón del circuito Cuando esta resistencia es conectada del pin 
8 a tierra, el valor de la misma estará dado por la siguiente relación: 
59 
_Dl'>L~'O Df:L EQUPO 
V -O 5 
11, = " [n l 
1 ,,,, 
donde O 5 es la caída de voltaje del diodo maestro de polanzac1ón del c1rcu1to 
integrado_ La magnitud de lset puede ser cualqulera de las indicadas en la tabla 
proporcionada por el fabricante en la hoJa de especificacrones del círcu1to3 En 
nuestro caso al estar traba¡ando con un voltaje de polanzac1ón de 5 V, se requiere 
de hacer una interpolación en la tabla para determinar R2_ En lugar de ello se 
propuso el valor de R2 de 10 Mn obteniéndose así lset 
/'n. - 0.5 5 - O 5 
R, !Ox 10'' 
'°' O 45 ¡tA 
Una vez fijada la comente de polanzac1ón, procedemos al análisis del 
c1rcu1to Este se encuentra conectado corno arnpl1f1cador inverso, Para cuestiones 
ele diseño se propone que el Clículto tenga un voltaje de salida, V0 , proporcional a 
la comente que circula por Rs. Elegimos una proporción de 1 mV por mA, de forma 
tal que a escala completa tengamos un voltaJe de salida de 1.5 V 
El voltaJe de salida del amplificador es 
11 
V =--- 1-V 
y sustituyendo valores encontramos 
' Vc.isc ,\pc11d1cc A de csl,t 1es1s 
,, 11, ' 
V 
V_ 
l 5 = 3 03 
O 495 
(i() 
lJl",[¡;::0 DEL EQUIPO 
de donde obtenemos que 3.03Rb:::; R1. Si Rb es de 33 kQ tendremos que Rr deberá 
de ser 99 9 kD., la cual podemos aproximar a 100 kQ Ambas resIstencIas son de 
valor comercial y las podemos encontrar con tolerancias del 0.1 % 
El potenciómetro R1 nos permite un ajuste del amperímetro, ya que forza a 
que el voltaje de sallda sea O V cuando se encuentra en circuito abierto, es decir la 
comente !,n es cero Como el voltaJe de salida es de polaridad opuesta a la 
comente que esta circulando por la resistencia, simplemente se mide el voltaje con 
respecto a la salida del amplificador, lo cual nos da la polarJdad correcta Cuando 
la corriente cambia de polaridad, el voltaje de salida también invertirá su polaridad 
111.2.6 Agitador 
La celda de reacción es calentada o enfriada por medio de! control de 
temperatura descrito líneas arriba Sin embargo, el calentamiento no resulta 
uniforme. ya que se calienta primero la base de la celda, y después por 
convección, empieza a calentarse el resto de la solución Para acelerar el proceso 
de calentamiento, introducrmos un agitador, el cual se encargará de remover 
ligeramente la solución, de manera de lograr un calentamiento más uniforme y 
más rápido, sin que este interfiera con el proceso mismo 
El agitador está constituido por un regulador de velocidad, un motor de CD 
y una vanlla de teflón en forma espiral, la cual va acoplada a la flecha del motor El 
volta1e nominal del motor de CD es de 6 V, con el cual el motor gira a 1200 
RPM 4 
Como la velocidad angular del motor es proporcional al voltaje aplicado a la 
armadura, entonces podemos variar el voltaje aplicado al motor, de tal manera que 
nos permita ajustar la velocidad de ag1tac1ón de la solución 
·1 RPM==2;i/60 rnd/s 
61 
1)1'-;J·.,;:,;o OEL EQUIPO 
El esquema propuesto para la 1mplementaClón del regulador de velocidad 
emplea la técnica de modulación por ancho de pulso. Para esta etapa del sistema 
se decidió emplear amplificadores tipo Norton, debido a que estos operan con 
comente en lugar de volta1e. lo cual evita 1ntroducrr ruido en el c1rcu1to, debido a 
que se está empleando un motor El siguiente diagrama muestra el circuito 
regulador de velocidad 
es 
t,: "' 02 
.... ·-t.------+-----\'«-,~, >-1 
, l-. 
o·c · ;~ "_:~~:~ R;<·j 
~-· ~>• 
•·- --·~' 
FJ ~ :,,, ~ 
Fi~ur,1 III. 17 Regulador ele I r:lnc-ulr11I 
El primer amplificador, Junto con R1, R2, R3, R4, 01 y C1 forman un 
generador de pulsos. El funcionamiento del c1rcU1to es como sigue supóngase que 
el voltaJe a la salida del amplificador está en un nivel ba10 y el capacitar C, está 
cargado, entonces la corriente de descarga del mismo, via la resistencia R2 es 
y esta comente es mayor que la comente que está entrando en el pin de !a 
entrada no inversora, la cual tiene una magnitud de. 
(¡2 
íl!'-;L'\;O DEL EQUIPO 
el exceso de comente drenado por la termínal no inversora provoca que el 
ampl1f1cador se sature Esta cond1c1ón dura el intervalo de tiempo que tarda en 
descargar el capacitar, hasta que la corriente sea igual a la de la terminal no 
mversora El voltaje a través de C, esta dado por la ecuación: 
V1 ~(V -V )
112 
n Uf R 
J 
Después el amplificador cambiara su estado, a un estado en el cual el 
voltaJe será un nivel alto, por lo que la corriente de entrada a la terminal no 
inversora se incrementará a: 
~':__=!_!!~ + Vol/ - Vlil' 
R, R, 
e! diodo 0 1 enciende y el capac1tor se carga vía R1. Algo de esta comente es 
desviada por R2 a tierra, por lo que la entrada inversora se encuentra a VcE de 
saturación durante este intervalo de tiempo_ El espejo de corriente entonces 
demanda mas comente que lo que la terminal inversora puede dar Por tanto el 
vo!taJe de salida es entonces 
En consecuencia, las res1stenc1as R3 y R4 afectan el ciclo de carga, 
mientras que la resistencia R2 afecta el ciclo de carga y descarga Entonces, para 
cuestiones de diseño, esta resistencia será la primera en determinarse su valor, et 
cual estará en función de la frecuencia requerida de repetición de pulsos La 
magnitud de R2 se puede determinar por la descarga exponencial de VH a VL: 
63 
IHSl·.:S.:O DEL EQUIPO 
donde T1 estará dado por. 
o bien de la ecuación de VL: 
de aquí que R2 sea 
,, 
V V N,r 1 
l. = 11 e -
T = ¡ 
' .r 
1; = ll,C, In ~' 
L 
R = 
' V 
C In ~11 
' V ,. 
S1 elegimos R, en el intervalo de 100 k0 a 1 Mn, podemos elegir el valor de 
C1. de manera que ahora podemos emplear la ecuación para determinar el valor 
de R3 necesario para obtener VL. También podemos c:alc:111;:ir R4 a partir de la 
ecuación para VH. R1 es calculada para un ancho de pulso determinado, por !a 
carga de C, (despreciando la carga dada a través de R2) 
o bien 
de donde 
64 
1)1'-il:~O DEL EQUIPO 
siendo T 2 el ancho de pulso deseado y V 0 la caída de voltaJe en el diodo cuando 
esta polarizado en directa 
Tomando como datos: Vcc = 5 V, V8e = Vo= 0.65 V, V,= O 3 V, V"= O 7 V, 
v 01 , = 4 5 V y C1 = 0_047 ~lF y que se generen pulsos de 300 ps de ancho cada 6 
ms. obtenemos que 
de aquí que R3 sea: 
y el cálculo de R, 
y finalmente R1 
5 X !Q \ 
//_ = 
, O 7 
0.047x!O. In 
O 3 
R, =125 kQ 
R =(~~-065)125x!O' 
l Ü.J 
R, =181 MQ 
4 5 - O 65 
O 7 S - O 65 
12Sxlü' ! 81x!0t, 
R, = 1 2 MQ 
R,= [ 07jª 
0047x !O" In 1- ----
4 S - 0.65 
)00 X 10''' 
R, = 31 8 kQ 
Como los valores obtenidos, a excepto de R4, no son valores comerciales 
debemos hacer el a¡uste, quedando entonces. R, = 30 kQ, R2 = 150 kQ, R3 = 2 MQ 
65 
[)!')!:\O DEL EQUIPO 
y R.: ::: 1 5 Mn, de manera que nos permiten obtener pulsos de aproximadamente 
125 ps cada 6 ms 
El s1gu1ente amplificador Junto con los elementos Rs R6 02 y C3 conforman 
un generador diente de sierra Dos tipos de forma de onda pueden ser generados 
dependiendo de la selección de Rs y R6_ El tiempo de reset es controlado también 
por la razón de Rs a R5 Así, s1 Rs ::: 1 O R6 entonces tendremos un diente de sierra 
cuya pendiente es pos1t1va, y en el caso de que R5 ::: 1 O Rs un diente de sierra con 
rampa negativa será generado 
El circuito propuesto corresponde un generador con rampa pos1t1va, ya que 
la comente que entra al prn no rnversor es Integrada El pulso de reset es 
alimentado a través de Rs y 0 2 Así el voltaje de salida va desde Va mínimo hasta 
La siguiente etapa corresponde a un comparador inversor, en donde 
generamos la modulación por ancho de pulso Por medio de los potenciómetros R1 
y Rs generamos un voltaje de referencia, Ve, el cual es comparado con el voltaje 
del diente de sierra, Vs Si Ve es mayor que V5 , entonces el voltaje de salida del 
comparador será un nivel alto. Por el contrario, sr Vs es mayor que Ve, entonces el 
voltaje de saltda será un nivel bajo De acuerdo al nivel de Ve, entonces tendremos 
un pulso con diferentes anchos 
R1 nos permite f11ar el valor mínimo de voltaje, cuando Rs esta en la posición 
de minrma resistencia, para que el motor arranque, y recordando que la velocidad 
es proporcional al voltaje, este estará girando a la mínrma velocidad Para 
asegurar la buena operación del circuito, el voltaje de referencia deberá ser mayor 
que el voltaje V8E, pero en contraste no existe un límite superior, sólo que la 
resistencia de entrada deberá ser de la magnrtud adecuada para asegurar que la 
corriente de entrada no exceda los 200 µA 
66 
DISENO DEL EQUIPO 
La última etapa es un disparador de Schm1tt inversor El punto baJo de 
conmutac1ón es determinado por la cantidad de comente que fluye dentro de la 
entrada inversora cuando el voltaJe de salida es bajo Cuando la comente cae por 
debajo del nivel requerído por el espeJO de comente, la salida cambiara a estado 
alto Con V0 en alto, la corriente demandada por el espejo es mcrementada por 
una cantidad ffJa. Como resultado, la corriente necesana para cambiar de estado 
el comparador se incrementa en la misma cantidad. De aquí que la comente de 
referencia, que circula a través de R12 se calcule por medio de la s1gu1ente 
ecuación 
y la corriente de realimentación: 
y a1ustando los valores de R12 y R13, además de R11, podemos fiJar los niveles de 
voltaJe de entrada para que ocurra la trans1c1ón En nuestro cIrcuIto, teniendo R12 = 
2 MD:, R13 = 10 Mn y R11 = 1 MD., tenemos que los niveles de transición son 
alrededor de 4 y 4 5 V respectivamente, La ventaJa de introducir el disparador de 
Schm1tt, es que en primer lugar se Invierte el pulso, quedando con la forma 
original, además de proporcionarnos un pulso sin d1stors1ón 
El pulso final es alimentado a un transistor que se encarga de proporcionar 
la comente necesaria para que el motor opere Debido a que las soluciones que 
se pretenden estudiar con el calorímetro son esencialmente fluidos newtonianos, 
es decir, la viscosidad de las mismas es muy similar a la del agua, no requerimos 
un par muy elevado del motor, y en consecuencia la comente demanda por el 
motor será pequeña. Esto nos permite seleccionar un transistor de propósito 
general, como por ejemplo un TIP 31, el cuál tendrá capacidad para mane¡ar la 
corriente demanda por el motor sin disipar una gran cantidad de energía. 
67 
IJJ",L::;;o DEL EQUIPO 
111.2. 7 Tacómetro 
Una vez implementado el regulador de velocidad. es necesario construir un 
tacómetro que nos permita Indicarle al usuario el número de revoluciones por 
rnmuto (R P.M) a las cuales se encuentra girando el motor Para ello se coloca 
una muesca de lámina en el e1e del motor, de manera que esta muesca 
1nterrump1rá el haz de luz em1t1do por un fotod1odo sobre un fototrans1stor El 
arreglo se ilustra en la siguiente figura 
v,-, 
• • '( Movr.ien!o 
de 1~ muesca 
1 
J 
1 
,, -.:-; 
! 
¡ 
1 
o T 
• .. ·-,-.:,, 
-&c, 
;, 
_¡, " 
1 
+----e, 
" l vo 
figura 111. 18 Aneglo ¡iam .\e/1\ar la 
1 eloc1dad de giro del 11u,1or 
'" 
Como se puede ver en la figura, Vo será un nivel baJo cuando el haz de luz 
no es interrumpido por la muesca, y será un nivel alto cuando la muesca se 
mterponga entre el fototransistor y el fotodiodo Esto nos proporciona un tren de 
pulsos que variará su frecuencia, de acuerdo a como el motor aumente la 
velocidad de giro_ 
La frecuencia del tren de pulsos en función de las revoluciones por minuto 
del motor será 
J~ RP~ [Hz] 
60 
68 
D!SE'iO Dl:L EQUIPO 
Asi, para cuando el agitador se encuentre girando en el límite 1nfenor 
de velocidad (300 Hz), el tren de pulsos tendrá una frecuencia de 5 Hz, mientras 
que en el limite superior, el tren de pulsos tendrá una frecuencia de 8 3 Hz 
S1 se quisrera aumentar la frecuencia del tren de pulsos, se necesitará 
colocar más muescas, o en su caso un disco ranurado con el número adecuado 
para generar la frecuencia deseada 
Una vez que se tiene el tren de pulsos, deseamos generar una señal de 
voltaie proporcional al número de R P_M., y para ello empleamos el circuito 
integrado LM2917, el cual es un convertidor de frecuencia a voltaje. El diagrama 
de bloque del circuito es el que se muestra a continuación 
" 
o:::>r"3A0t 
C,!..ROA 
" " 
Fiiur.i IH. 19 fJiagrama de bloque\ del c1runto 111tegrado 
L\12917 
el circuito consta pnnClpalmente de tres componentes básicos. un amplificador de 
entrada con histéres1s, un convertidor de frecuencia a voltaje a través de la bomba 
de carga y un amplificador - comparador con transistor de salida. El ampl1f1cador 
con h1stéres1s nos permite limpiar la señal de entrada si es que hay ruido presente, 
además de permitir el completo rechazo de ruido en ausencia de señal de entrada. 
69 
DIS[\'.O DEL EQUIPO 
La bomba de carga, internamente f1Ja el voltaJe de base de un transistor a ½ 
de Vcc- así un capac1tor conectado al pm 2 y tierra es cargado y descargado hasta 
que el voltaje es igual a½ de Vcc Como la descarga del capac1tor es constante, el 
tiempo que tarda en descargar es 
( '/' '::: ---
! 
durante este trempo, la corriente en el pin 3 es idéntica a la comente de descarga 
del capac1tor, por lo que un capacitar conectado al pin 3 se cargará con la misma 
comente del pin 2 La carga requerida para regresar el capac1tor del pin 2 a un 
nivel alto es duplicada y usada para cargar el capac1tor conectado al pin 3 Esto es 
durante un ciclo de entrada, y el capacitar en el pm 3 es cargado con el doble de 
carga. 
Q = 2CV 
y como V es VcJ2, entonces: 
S1 conectamos una resistencia al pin 3 y tierra, el capacitar se descargará, y 
entonces el total de carga drenada por ciclo de la señal de entrada será igual a 
y en equ1l1brio Q=Q,, por lo que. 
V.T 
(} = --'---_] R 
70 
!Jl-;f-_:\o IJEL EQUIPO 
J'J 
JI 
/1/T 
1' -
l - / 
(T 
Asi la configuración básica del circuito es la siguiente 
11 9 8 
12 
.5 . ,--, 
C2 
Oüh, 
l 1 R2 
T ;''' 
Figura III. 20 (Onfixuracwn t!el lncrímelm con el!. \/]9/ 7 
La señal de frecuencia es aplicada al pin 1, de manera que el voltaje en el 
pm 2 cambia desde aproximadamente ¼ Vcc - VsE hasta ¾ Vrx - VsE El voltaje del 
pin 3 es proporcional a la frecuencia de entrada, y como el pin 5 es conectado al 
pm 1 O del circuito, el voltaje de salida esté dado por la expresión. 
donde k es el factor de ganancia, que generalmente es 1 
71 
l>hl-'\O Dll EQUIPO 
Como la señal de salida es un voltaJe, entonces empleamos nuevamente el 
circuito del voltimetro digital descrito en la sección 111 2 3 
Como el rango del voltímetro es de -2 a 2 V, necesitamos que la salida del 
LM2917 sea menor a 2 V Asi se !110 que para una velocidad de 300 R.P.M, el 
voilaJe de sahda debería ser 300 mV, es decir, el tacómetro tendrá una respuesta 
de 1 mV / R P M Tornando en cuenta que el voltaje de polarización es 5 V y 
proponiendo una R1 de 100 kQ, tenemos que C1 tiene una magnitud de 
V,, 
(' = 
' VJ/Jk 
e, =O 12 /1¡: 
0.3 
5-IOOxlü' ·5-1 
Debido a las tolerancias de los capacitares, colocamos un tnmpot de 150 
kfl para aIustar el vollaJe de salida a 1 mV / R.P M. 
72 
IJJSl:ÑO DEL EQUIPO 
111.2.8 Tarjeta de Adquisición de Datos 
En CALORTERSO cuentan con una computadora 486 que t1ene ya 
instalada una tarJeta de adquisición de datos funcionando correctamente. 
La tarjeta analóglco/d1g1tal instalada es el modelo 8109 -72 de Lawson 
Labs, cuyas principales características son las siguientes 
• Tipo de conversión: 20 bits sigma delta 
• Intervalo de entrada diferencial: ± 5 V o O a 5 V 
• Intervalo de modo común- ± 6 V 
Rehazo en modo común 100 dB 
• Resolución: 1 O ~tV 
• Linealidad. O 005% de la escala completa 
• Exactitud: O 01 % de la escala completa a temperatura de operación normal 
• Reproducrb1lidad ± 4 cuentas 
• Impedancia de entrada: 100 000 M\1 
• Relor 224 kHz 1 895 kHz 1 3.58 MHz 
• F recuencía de corte O 55 Hz / 2.2 Hz / 8. 7 Hz 
• Taza de actualización: 2 27 s / 568 ms / 142 ms 
Entradas analógicas 2 diferenciales protegidas hasta 120 V. 
Consumo· 15 mA@5V, 15 mA@ 12 V, 15 mA@ -12 V 
La pnncipal ventaja de la tarjeta es el empleo de la técnica de conversión 
sigma delta, lo cual hace posible que se tengan precisiones y linealidades 
extremadamente altas además de una excelente relación de rechazo a ruido 
El fabricante proporciona el software para la adquisición, el cual está 
elaborado en BASIC, pero si se desea se pueden hacer interfaces en Visual Basic, 
C, o algún otro programa También es completamente compatible con el software 
LabV1ew. 
7J 
!JhL\ü DEL EQUIPO 
La conexión a la tarjeta de las señales analógicas se realiza a través de un 
conector D815, proporcíonado por el fabricante, cuya asignación de pines es la 
siguiente_ 
PIU 8 .. . CHA!/l/EL l+ 
PI1l 15 .. CHANl!EL 
p I/! 7 •. .UNUSED 
Pii/ 14. .. UllUSED 
PIH 6 .. . CHAN!!EL O+ 
E-'11! 13 . . . CHANHEL e-
PW 5 .. UNUSED 
PI/! 12 . íJllUSED 
PI/! 4 •• . GROür!D 
Prt: 11. .. DIGIT/\L = ;¡~:.. :' 
PI!l 3 .. . GUARD 
PIN 10. .. OUTPUT e 
Piil 2 . . . OUTPUT D 
Pii: s. .. OüTPUT " 
Pltl l. .. OUT?UT A 
La tarjeta requiere de 4 direcciones de puerto que se emplean para entrada 
y salida Cuando se usan como entrada, tres son necesarias para leer el resultado 
de la conversión, mientras la restante provee información sobre el estado de la 
misma La asignación de estas direcciones se hace mediante software. y son de 
acuerdo a la pos1Clón de un d,p switch_ Las s1gu1entes son las posibles 
combmac1ones que puede tener 
1° 011 ,·,..= OF!' 
Ilnse address Hex 7 6 5 4 3 
:,~ ~ 220 o 
552 228 o ,j 
S.S·J {standard) 230 o l G u 
5,S8 238 o l G •j 1) 
576 240 o 1 o 
",0,; 248 o l o l 
5!2 250 o l o o 
6')0 258 o l l o o 
f0~ 260 o o :) l 
616 268 o o o l o 
ú24 270 o l o o .) 
!Jl',L,\O OEL [()UIPO 
La selección de canales se realiza a través de software, y debido a la 
técnica de conversión empleada, se requiere de un tiempo de aJuste, el cual está 
de acuerdo a la selección de un jumper, para leer con exactitud el canal: 
~umper: 
Ci l t,:c.::: 
c_:,_;_off· 
'.)Ltpllt 
U¡;~iate 
'-'"'t.tling 
j 2 
1' 1 
1 ' 1 
?24 KHz 
O.SS Hz 
218 Hz 
2.27 sec 
895 KHz 
2,2 Hz 
874 Hz 
568 msec 
l 2 3 
1 • 1 
1 • 1 
3.58 MHz 
8.7 Hz 
3.50 KHz 
142 msec 
El inconveniente de la tarJeta es que sólo posee dos canales de entrada, y 
nosotros necesitamos mínimo cinco canales, ya que las señales de interés son 
temperatura de la celda de referencia, temperatura de la celda de reaccrón, 
temperatura de la cámara, corriente del TEC y voltaje del TEC Para ello es 
necesario mull1plexar En el laboratorio se cuenta con un multiplexor modelo 17 B, 
también fabricado por Lawson Lab, de 16 canales cuyas características son las 
s1gu1entes 
• Intervalo de la señal de entrada· ± 5 5 V 
Trempo de conmutación- 0.5 ms 
• Res,slenc,a del switch 20 kl1 en encendido, 100 Mn en apagado 
• Comente de control de entrada: O 06 mA, activada en bajo 
• Protección contra sobre voltaJes de hasta 130 V transitorios o 60 V continuo 
La ventaJa de emplear este multiplexor es que es completamente compatible 
con la larJeta instalada, y que permite que la tarJeta sea expandida a 16 canales 
independientes Las líneas de control del multiplexor son conectadas a las líneas 
de control de la tarjeta, por lo que vía software se puede realizar el multiplexaje 
75 
Pruebas y Resultados 
l'l<l EEH S Y RESULTADOS 
IV. PRUEBAS Y RESULTADOS 
Una vez implementados los distintos módulos, se realizaron pruebas de 
funcionamiento para efectuar su cal1brac1ón Los resultados de dichas pruebas se 
presentan a continuación. 
IV.1 Termómetro 
Para cahbrar el termómetro, primero es necesario caltbrar los sensores de 
temperatura. Cada sensor tiene asociado un potenciómetro por medio del cual se 
realiza este ajuste Para ello, se coloca agua a temperatura ambiente en un vaso 
de Deware sellado herméticamente con un tapón de teflón e 1ntroduc1mos el 
sensor Empleamos un termómetro digital Cole Parmer modelo 8502-25, calibrado 
en la Facultad de Qui mica, como patrón de referencia 
Antes de realizar el ajuste debemos esperar tres minutos para que el sensor 
alcance el 100% de su respuesta final, ya que el fabncante así lo especifica. Ya 
que transcurrió este tiempo, si existe d1ferenc1a entre la temperatura del 
termómetro de referencia y el sensor, se ajusta el potenciómetro colocado para tal 
fin (figura 111.9) hasta igualar con el termómetro patrón Este procedimiento se 
realiza para cada uno de los tres sensores de temperatura 
Ya que el sensor está calibrado, se conecta al resto del termómetro; en 
donde se a1usta la referencia de 2.731 por medio del potenciómetro que controla la 
ganancia del amplificador (figura 11113). También es necesario ajustar el 
potenciómetro de referencia del circuito ICL7107, para evitar errores en la 
conversión, hasta tener 1 V en el pin 36 
Hasta aquí, tenemos calibrado tanto el sensor de temperatura como el 
voltímetro. Ahora para verificar la linealidad del circuito, con el mismo arreglo, 
mtroducímos una resistencia de calentamiento de 100 n Por medio de un variac, 
77 
!'RLl·.B.\S 't RESULTADOS 
polarizamos la resistencia con un voltaJe de tal forma que el agua que está 
contenida en el vaso de Deware aumente su temperatura en aproximadamente 1 
ºC perm1t1endo que se estabilice la temperatura 
Sensor ba¡o 
pruci,a 
Tcnnomciro 
pa1ron 
Ft)!Ura IV. 1. lrn:glo pora co/1broc1im y prueba del l!!muímelro 
Con este arreglo, se tomaron los siguientes datos en el intervalo de 
temperaturas de 16 a 30 ºC El voltaje de salida fue medido con un multímetro 
Fluke 77 
Tcrmónu:tro Cole Panncr Tcnnómerro D1se1iado Volt::tJC dt: salida 
CC) ("CJ (V) 
16 34 16.34 O 1634 
17 9 17 9 0.179 
19 03 19 04 O 1904 
20 01 20 01 O 2001 
21 11 21 12 O 2112 
22 02 12 03 O 2203 
22 97 2298 O 2298 
23 97 23 97 O 2397 
Tabla IV. 1 Tabla de valore\· ohtemdM durante lo cahbmc1ón 
78 
l'RLEBAS Y RESULTADOS 
Tcrmómdro Cok: Panm:r Tennómetro D1sciiado VoltaJc dt:: Salida 
__ (:f_)~ ·----~--·· ("C)_~···-· 
24 98 
25 97 
26 96 
27.97 
2X 98 
29 9X 
30 56 
24 97 
25 96 
26 95 
27_94 
2X 95 
29 94 
30 51 
Tabl.i IV. 1 (( ·ont111uauó11) 
_JYL 
O 2497 
O 2596 
O 2695 
O 2794 
O 2895 
O 2994 
0.3051 
La razón de establecer como cota superior del intervalo de medición 30 ºC 
es debido a que para resoluciones de O 1 mV, el multímetro digital sólo cuenta con 
una escala (300 mV) capaz de ello Más allá de esta. la resolución del mullimetro 
se reduce a 1 mV. Aún así, este intervalo de valores nos proporciona información 
suficiente, ya que la mayoría de las "corridas calorimétricas" se realizan dentro de 
este intervalo La curva que obtenemos al graf1car estos datos es la siguiente 
O 32 
O 31 
030 
O 29 
O 28 
O 27 
2': O 26 
O 25 
u 0_24 
~ 
"' 0.23 
~ O 22 . 
O 21 
f 020 
o '9 
a IB 
a 17 
O 16 
a ,s 
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 
Tempera/ura (ºCJ 
Figur.t IV. 2 Cun•a de ('aftbracum del :,en,or de temperatura 
79 
l'Ri.'.EBAS Y RESULTADOS 
Realizando un análisis por medio del método de mínimos cuadrados, 
podemos obtener la sens1b1lidad del instrumento_ La forma de la ecuación tendrá 
que ser y ::: ax + b, y según el método, las constantes a y b están dadas por la 
s1gu1entes relaciones 
asi calculando a y b, obtenemos los sígu1entes valores 
a= 0.00996 b = 7 655x10" 
lo que nos índica que la sensib1l1dad del termómetro es de 9_96 mV / ºC, lo cual 
era de esperarse, ya que en el diseño se considero que la sensibilidad del sensor 
era de 1 O mV / ºC 
IV.2 Control de Temperatura 
Ya calibrado los sensores de temperatura se probó el func1onam1ento del 
control de temperatura. El arreglo consistió en colocar la celda con 1 O mi de agua 
dentro del vaso de Deware, con el fin de reduclf las pérdidas de calor Se 1ntroduJo 
uno de los sensores en la celda y se selló herméticamente con el tapón de tef!ón 
Tennón,dr,;, 
Control de 
IITT1pt1<1\ura 
Figura IV. 3 Arreglo expenmenlal pmo prohar el u,11/rol de 
le111pera111ra 
80 
l'RLElnS Y RESULT,\DOS 
Una vez que se estabilizó el sistema a temperatura ambiente, se aumentó 
la temperatura de referencia en un grado Celsius. Esto se simuló mediante un 
potenciómetro Para aiustar la ganancia del control, se ajusto el potenciómetro de 
control de ganancra (figura 11115) a la mitad (7 vueltas) y el control de comente a la 
mitad se hizo el experimento y se tomo el tiempo que tardaba en calentar El 
trempo de calentamiento estaba cercano a los 3 minutos, por lo que se dio más 
ganancia, esta vez se aJusto cercano a las 2 terceras partes de su valor nominal 
(10 vueltas) y el control de comente a 3 cuartas partes, y el tiempo se reduJO a 
cerca de 2 minutos Los resultados con este ajuste se muestran a continuación: 
tiempo 
(s) 
o 
5 
10 
15 
20 
25 
30 
35 
40 
45 
50 
55 
60 
65 
70 
75 
80 
85 
90 
95 
100 
105 
110 
115 
120 
125 
130 
135 
140 
145 
150 
Temperatura 
(°C) 
19.3 
19 31 
19.31 
19 32 
19.35 
19.39 
19.41 
19.43 
19.45 
19 54 
19 64 
19 71 
19 84 
19 96 
2003 
20.12 
20.19 
20.24 
2026 
20.27 
2029 
20 31 
20 32 
20 34 
20 35 
20 36 
20.35 
20.35 
20.35 
2034 
20 35 
VoltaJe de salida 
(V) 
0.193 
O 1931 
0.1931 
O 1932 
O 1935 
0.1939 
0.1941 
0.1943 
0.1945 
O 1954 
0.1964 
0.1971 
O 1984 
O 1996 
0.2003 
0.2012 
0.2019 
O 2024 
O 2026 
O 2027 
O 2029 
O 2031 
O 2032 
0.2034 
0.2035 
0.2036 
0.2035 
O 2035 
O 2035 
O 2034 
O 2035 
Tabla IV. 2 Valores de te111pern/11rn en la celda de reacción 
81 
PRLT:UAS Y RESULTADOS 
Durante estas pruebas, la comente máxima que demandó el TEC fue de 
alrededor 500 mA, con un voltaje cercano a los 2 V Además en este arreglo no se 
agito el contenido de la celda, lo cual lo hace el peor caso, ya que con ag1tac1ón la 
temperatura de la celda se distribuye más uniformemente, y por lo tanto se 
alcanza la temperatura final más rápido La gráfica de la tabla IV.2 es la siguiente 
206 Control de temperatura ! 
20 4 
202 
o 
'---
~ 
200 
~ 198 
" e 
," 19 6 
19 4 
192 
o 20 40 60 80 100 120 140 160 
tiempo (s) 
Figura fV . ..J Temperatura umtmlada de la celda de rl'/i.'H'IICJa 
El control no logra que la diferencia entre las celdas sea cero, y 
generalmente ese error está alrededor de 0_05 ºC, pero gracias a la técnica 
calonmétnca empleada, este error puede ser considerado al momento de obtener 
la constante del mismo. 
82 
l'IWEUAS Y RESULTADOS 
IV. 3 Amperímetro 
Para probar y ca!1brar el amperímetro se empleo una fuente de m1J1amperes 
de la marca Hewlett Packard, y dos multímetros Fluke 77. uno para medir el 
vo!ta1e de salida de! amperímetro ba¡o prueba, y el otro como amperímetro de 
comparación 
miliampe1es 
8 
Amperimetro 
FJukc 
Amperime1ro 
hajo prueba 
Vol1imetro 
Fluke 
Figura IV. 5 . lrre¡!./O expenmenlal para colibrm l'Í n111peri111erro 
Una vez armado el arreglo expenmental, se aJusta el potenciómetro del 
amperímetro baJ □ prueba (figura 111.16), para tener cero volts, cuando la comente 
de entrada es cero. Debido a las no idealidades del crrcu1to, no se puede ajustar a 
cero, sin embargo, cuando la comente es de 50 mA, se puede ajustar a que el 
voltaJe de salida sea muy cercano a 50 mV 
Los datos registrados después de la calibración y de haber repetido vanas 
veces el experimento fueron 
SJ 
l'IU Lll\S Y RESLiLTADOS 
Comente de la fuente 
_<l'·~---
05 
O 55 
0.6 
0.65 
0.7 
O 75 
08 
O 85 
0.9 
O 95 
1 
1 05 
1 1 
1.15 
1.2 
1 25 
1 3 
1.35 
1.4 
1 45 
1 5 
VoltaJe de salida 
-· ... (VJ 
O 508 
O 558 
0.604 
0.657 
0.708 
O 759 
0.81 
0.86 
0.916 
0.963 
1 016 
1 063 
1.111 
1.164 
1.211 
1 264 
1 317 
1.369 
1.416 
1.468 
1 518 
Amperímetro comparador 
(AJ 
05 
055 
06 
O 65 
0.7 
O 75 
08 
085 
09 
O 95 
1 
1 05 
1 1 
1 15 
1 2 
1 25 
1 3 
1 35 
1.4 
1 45 
1 5 
Tahla IV. J ! 'a/ores obtenidm e11 la calihraci1ín del nmpenmctro 
La curva de calibración que se obtiene con los datos es la siguiente: 
25 
20 
'5 
'o 
05 
00 
00 
Calibración del amperímetro 
05 15 
Comente de entrada (AJ 
--· Ampe,,met10 baJO p1ueba 
Ampe1,me~o pa~on 
20 25 
Figura IV. 6 ( 'urva de calibración del amperímetro _v comparacuí11 con 
amperímetro patrón 
l'llLl'.UA.'-, Y RESUL Tr\D0S 
Empleando las ecuaciones de la sección IV 1, podemos obtener la 
sens1bll1dad del instrumento Asi nuevamente vemos que la ecuación que 
corresponde a la gráfica es de línea recta, y :::: ax + b, donde las constantes a y b 
tienen los sIguIentes valores-
a=101657 b = -O 00424 
de donde vemos que Ja sensibilidad de nuestro amperímetro es de 1 02 mV / mA 
Nuevamente se tiene un pequeño error ya que cuando no hay comente de 
entrada el circuito tiene como salida alrededor de 5 mV, pero este error puede ser 
considerado en el cálculo de la constante del calorímetro 
IV. 4 Regulador de velocidad 
El regulador de velocidad se probó con distintos motores de OC, verificando 
que efectivamente la velocidad de los mismos variaba_ Las formas de onda para 
cuando la velocidad es máxima y cuando es mínima se muestran en la sIguIente 
figura 
~-~ 
LJ. ... _, .. 
MCJtor a velocidad 
rniixrrna 
Motor a velocidad 
mínima 
Figura IV. 7 Formn\ de onda para el nwulndor de ve/aculad (5V por d11,1.11ón 
etcaln l'Cl'l/( ni. / m'i por d1w.11ó11 ucnlr, horizontal) 
El arranque del motor es suave, aunque para evitar algún mconvenIente se 
colocó un capacitar de 0.1 µF en paralelo con el motor. 
85 
l'RL'!:8-\S Y Rf:SULTADO!:> 
Para caracterizar el motor se empleo un tacómetro digital marca Metex 
modelo 1893 Este tacómetro funcrona con el mismo principio del tacómetro 
diseñado, sólo que en su caso la luz debe reflejar sobre alguna supert1cie Los 
accesorios del tacómetro incluyen una cinta adhesiva plateada que puede ser 
colocada sobre la superficie de la flecha del motor al cual se va a medir la 
velocidad En nuestro caso colocamos un disco de cartón. sobre el cual se adhirió 
la cmta Se tuvo cU1dado de que el disco estuviera bien centrado, además de que 
el diámetro de la perforación central del disco fuera del diámetro requerido de 
manera que no se balanceara al girar. Empleamos el multímetro digital para medir 
el voltaje aplicado al motor, y una fuente de DC variable 
o 19999 
V 
@ 
Tacómeuo p 
Motor 
Fi}!:Ur.t IV. H .lrre¡!lo e,penmenral para caracterizar d 111010r 
Con este arreglo se obtuvieron los siguientes datos de voltaje, velocidad y 
frecuencia 
Voltaie de excitación 
(V) 
1 5 
2 
2.5 
3 
35 
4 
4.5 
5 
5.5 
6 
Velocidad del motor 
(R F'.M.) 
30 
80 
150 
230 
370 
500 
670 
880 
1050 
1210 
Tabla IV. 4 ( 'araclenznción del motor 
86 
Frecuencia 
(Hz). 
0.5 
1.33 
25 
3.83 
6.17 
8 33 
11 17 
14.67 
17.5 
20 17 
La s1gu1ente gráfica nos muestra el comportamiento del motor con respecto 
a la vanacíón del voltaJe de polarización. 
Característica Voltaje-Frecuencia del motor 
'200 
H>OO 
> eoo 
Q 
'!: 
o 600 
~ 
o 
j ,oo 
200 • 
• 
o • 
3 4 5 6 
Vofla1e de polanzación (V) 
Figura IV. 9 ( 'aracterÍ\l1ca voÍlrlje -frecuenua del motor de CD 
Con estos datos podemos verificar el funcionamiento del tacómetro y 
efectuar su cal1braClón. 
IV.5 Tacómetro 
Ya con los datos obtenidos en la sección anterior, podemos realizar la 
cal1bracíón del tacómetro. Primero se verifica el funcionamiento con un generador 
de funciones, el cual nos proporcionara pulsos para efectuar de la calibración. 
Según lo descrito en la sección l/I2 7, debemos ajustar el potenciómetro R1 de 
manera que a la salida del circuito tengamos 300 mV para cuando el motor este 
g,rando a 300 R.P.M. Este valor corresponde a una frecuencia de·5 Hz, por lo que 
el generador se aiusta para producir pulsos cuya frecuencia sea esta, y estos son 
alimentados al tacómetro, cuya salida tendrá que ser ajustada por medio de R 1. 
87 
l'RLUJJ\S Y RESULrADOS 
o 19999 
f 
@ 
T.icimetro bajo prueba 
Fi~ur.1 (V. IO . lrregfo expenmellfal pma lalihror d lm ome//'o 
Una vez hecho el a1uste se varía la frecuencia del generador, y se toma la 
lectura del voltaJe de salida a 8.33 Hz, lo cual corresponde a una velocidad de 500 
R P M Los resultados que se obtienen son los siguientes 
frecuencia de entrada 
(Hz) 
5 
8.33 
voltaje de salida 
(V) 
O 315 
O 518 
Tabl.t lV. 5 ('alibracián del rmometro 
Ya calibrado el regulador y el tacómetro se conectan ambos módulos, y se 
toma el voltaJe alimentado al motor y la frecuencia indicada por el tacómetro para 
obtener una curva de calibración. 
Voltaje del motor 
(V) 
2 
25 
3 
35 
4 
4.5 
Velocidad del motor 
(RPM) 
85 
142 
238 
375 
497 
660 
VoltaJe de salida del tacómetro 
(V) 
0.085 
0.142 
0.238 
O 375 
O 497 
O 66 
Tabla IV. 6 f filore.1 obtemdo.1 dmante la Lnlihrocion del taumiefro 
88 
l'JlLEB,\S 't RESULTADOS 
La gráfica correspondiente es la que a cont1nuac1ón se muestra. 
08 Curva de calibración del tacÓ~etro _ _] 
07 
• 
06 
~ 
:g 05 • 
~ 04 o n • 
o 
~ 03 
~ 
02 
• 
01 •" 
.. 
00 
100 200 300 400 500 600 700 
Velocidad del motor (RPM) 
Fiiura IV. 11 Cun·a de lahhrauán del t110,111e•111, 
Nuevamente aplrcando las ecuaciones de la sección IV 1. encontramos la 
sensib1l1dad del tacómetro Los valores de las constantes son: 
a= 0.001 b = -7 909 x 10·17 
La sensib1l1dad del circuito es de 1 mV / R P_M_, sin embargo, como se 
observa de la tabla, existen desvIacIones del comportamiento 1deal, y esas 
desv1acIones producen un error en la lectura de alrededor del 5 % Un problema 
se puede presentar para cuando se tenga una señal que no varíe en el tiempo, es 
decir, OC Para preven1r, se coloca un capacitar en sene con la entrada del 
LM2917 
89 
!'RLl'B.\'.) Y RESULTA.DOS 
IV.6 Tarjeta de adquisición de datos 
En el caso de la tarjeta de adquisición de datos no fue necesano realizar 
ninguna prueba, ya que esta se encontraba instalada con antenondad en el 
laboratono y sus condiciones de funcionamiento eran buenas Tampoco fue 
necesano la prueba del mult1plexor, ya que este también había sido empleado con 
antenondad con la taqeta con muy buenos resultados. 
El apéndice C proporClona detalles de la programación de/ software 
necesario para le control de ambos dispositivos 
90 
Comentarios y conclusiones 
'll 
co:-,. U::-: r ARIOS Y CONCLUSIONES 
V. COMENTARIOS Y CONCLUSIONES 
El desarrollo del calorímetro es un esfuerzo 1nterd1sc1pl1nario, ya que consta 
de vanos componentes de tipo mecánico, térmico, además de los 
correspondientes a la parte electrónica La operación y resultados del calorímetro 
por parte de la gente del Laboratorio CALORTERSO permitirá obtener la 
cahbrac1ón final del instrumento, además de determinar la constate del mismo 
Estos procesos involucran la manipulación de diversas soluciones químicas, 
comparación de resultados previamente obtenidos, además de un análisis de 
regresión no-lineal, que serán efectuados por dicho laboratorio. 
Por parte del desarrollo electróníco, se ha logrado la construcción de 
distmlos módulos que permrten una fácrl operación de/ aparato, además de que el 
proceso en su totalidad ha sido automatizado. La interface con la computadora 
permite registrar los datos obtenidos para su posterior manipulación. 
Se ha conseguido en este trabaJo. 
• La implementaClón de un termómetro dígital con un rango de operación de - 40 
a 100 ºC cuya resolución es de O 01 ºC y gran linealidad 
• La implementación de un tacómetro digital cuyo rango de operación va desde O 
a 1200 RPM y con respuesta lineal. 
• La 1mplementac1ón de un amperímetro con resolución de 1 mA en el rango de 
O a 1 5 A, cuya respuesta es altamente lineaL 
• La construcción de un control proporcional de temperatura empleando un 
enfriador termoeléctrico, con una capacidad de respuesta de calentamrento o 
enfriamiento de O 5 ºC/m1n 
')1 
< O.\\E:,.;T ·\RIOS Y CONCLUSIONES 
• La construcción de un regulador de velocidad para motores de DC de gran 
versatilidad, ya que es capaz de manejar motores con demanda de comente 
desde los cientos de mihampere hasta de 1 A, perm1t1endo bajas velocidades 
Uno de los ob;etivos de la tesis fue implementar estos módulos con 
componentes de fácil adquisición y de bajo costo. En gran medida se pudo 
cumplir este objetivo, ya que la mayoría de los componentes se pueden conseguir 
en el mercado nacional, además de contar con toda la información técnica posible 
Sin embargo, el calorímetro contiene algunos dispositivos, que bien pueden ser de 
alto costo, o de difícil adquisición en el mercado nacional Tal es el caso del 
enfriador termoeléctrico, en el primer caso, y del regulador conmutado en el 
segundo Debido a la amplia difusión que han tenido en últimas fechas, tanto los 
TEC. por sus más recientes aplicaciones, asi como los reguladores por parte de 
Natíonal Semiconductor, se espera que en un futuro próximo se encuentren 
disponibles en el comercio local 
En lo referente al mantenimiento del equipo, este es muy simple, ya que no 
contiene partes móviles que pudieran desgastarse o romperse, además de que 
algunos aspectos de tipo mecánico y térmico fueron mejorados, gracias a la 
1nc!us1ón de los sistemas electrónicos. Todas los aJustes pueden hacerse 
siguiendo las instrucciones detalladas en el trabaJo de tesis y no requieren de 
equipo especial, o equipo que no pueda ser encontrado tanto en el laboratorio 
CALORTERSO o en el Centro de Instrumentos. 
A pesar de que en muchos aspectos se ha me;orado el diseño del 
calorímetro aún existen algunos puntos que pudieran ser optlm1zados, sobre todo 
en la parte mecánica, ya que sólo se hicieron modificaciones conforme se fueron 
requmendo. Una buena opción sería replantear el diseño mecánico para reducir 
aún más sus dimensiones y aumentar su funcionalidad 
93 
( O,\H.:-.: rARIOS Y CONCLUSIONES 
Uno de los aspectos que podrían mejorarse en el aspecto electrónico es el 
control de la ag1tac1ón Hasta el momento sólo se han intentado esquemas de 
ag1tac1ón por medio de motores y poleas, sm embargo una opción muy atractiva es 
realizar la agitación por medio de ultrasonido. Además existe la posibilidad de 
emplear un microcontrolador para efectuar las tareas de sensado, control y 
transm1s1ón de datos a la PC sm requerir de una taqeta analógica - digital Estos 
puntos, son en función del obJet1vo planteado de proporcionar un precedente para 
seguir trabajando en esta linea y lograr producir un eqrnpo que pudiera ser 
competitivo en el mercado. 
Bibliografía 
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Hojas de especificaciones 
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tflNational Sem1conductor 
Connectlon O!agrams 
Botlon,Ylo-,o 
o,-....-L~=ul..ll3)iAZ 
$Nl!S~-ZC3,\ 
--· 0f->l«l>bt<Llt335>1o, ~-SHl!Sl'a<U90.._IIOU. 
' 
HOJAS DE ESPECIFICACIONES 
llo!!O<O~ 
=-•-"-"" 0f<lo,-Ull>511, 
lllll5IHllll.,L.111J.51{,Ul>J~ 
Ulf~un3S.IJl<><t..U.U6AH 
Soo~S~N-H(llH 
·\Pl:'-IDICE A 
Abso1ute Max.lmum Ratlngs 
~ - ..... , ... ..._,c. o,p+«•"4 - ... ~ 
lf• ... c«,tKI ,,,.. .....,.... -- -
o,r,,,.JD<>_,.,..,,"' ov~and_,,¡l.catlonS. 
(M<,UC) 
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LU135 l.M1:.5A. -!.5'Cv., - !50"C 
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HOJAS DE ESPECIFICACIONES 
..,,...,,..n..,, 
{KO!Oll 
151J'CIOZC•TC 
,,~,c., ,.so·c 
LIJJJ~u.t3:.!>A. -<O'C1> • 1"1'C !OO"C1.;,,2$C 
LM<IT""" {~tO...:<><>dl! 
T0-9:'P..:.ug,,,- 2&:l'C 
T0-<6P- WTC 
SO.~>',><u;r, ¡o-re 
V><>«Pl>=(W~ 11~'C 
..,,,...,¡15~¡ roe 
Temperature Accuracy "-'•35/ll.l.235.u.,1:Y..•.ru.,zi'-'{I"""' ,¡ 
LU1JSl,ILl;>JS.I, - 'W ,., '" 
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,,--'P""•-flfn«..o,s,-c r,...,<Tc-<T...._,.,,.- '""' " 
4t<O><:<' 
c,&.11;,.,...,Enc,1>E..- Te• r.,_.,,.r,,,_.-.¡ 
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HOJAS DE ESPECIFICACIONES 
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Precision Op Amps 
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<;J'O""P"'opamp 70~Vmaxolts<,lvoltage 2~,'C 
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P!f o¡,e<a\;on ..,U, gu.,Mleed sp,a,e,6ca= al 83ÚI 
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-~~-~~-=~~-Fearures 
t 17¡:rAl.la•Sup¡>ly0m"'11(M.U:47BAn.lA){47SA) 
• 70¡,VNU otrse\ Vo!!age (M..u478A) 
♦ Slng!e,-Sup¡,1y 0pe,,.11on. 
tnpu\ Vo~ ll2nlt" lnciu~G,ovnd 
OulpUISWlngs\OGrow>dWNleSlnklngCu=t 
Ho Pul Down Reslsiors RoqulnKI 
t Dual Op Amp 1r18-Pln O!P/SO Po,,::bge (MAX47B), 
Qw<I OpAmp In t•-Pin CMP!.SO Pod<age(MA){479) 
t 2SOpA lbx lrlpulOtfsel CU,re"I 
(U.U:HBA.'1,1.U47'A) 
t 0.5¡.Vl·co!bel Vo!ta,g<, Dnfl 
t O\J\pu\ Souroo-,t •nd Sln~s SmA Load Cum'f'I! 
IJA;fA7óH'A 
i!J-"<478é5A 
1 l,IA,J:H~'-CPO 
,\'.M<]'j(;f'D 
1 !JA:«79CSO 
1VMH9tt'O 
j J/.M<>9E50 
Ordering lnformatlon 
TE>rP. F!ANOE PIH--PAt;KAQE 
O'C I0•70'C 8 DIP 
0'C»•70'C 
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0'CI0,70'C 14 Pla.1ccOIP 
0'CI0•70'C 14f'IMseOIP 
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-IO'CIO,a5'C 14Pla.1CcrnP 
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Cal/ lo// free 1-800-998-8800 for free samples or literature. 
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17µA Max, Dua//Quad, Single-Supply, 
Precision Op Amps 
/1.BSQLUTE MAXIMUM RATINGS 
HOJAS DE ESPECIFICACIONES 
t-.. S...:;7'"""'º 0,.,-~"ál T,,.,,,..,. en, R>"',« 
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Precision Op Amps 
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MAXIM ____ _ 
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"Moll'l'1Adnn~'-¡ 
• G1>1rantn<I nm retd,ng recovery hom ,_,,. 
• 0n board Dlsp!ly Ortn C,,pobll<ty---no e>!Mnal 
clrcuttry •~ulred 
Lco-lCL7106 
l..ED-1CL7107 
• ffigh lmp~ CMOS o,tteren1 ... 11nput• 
• Low Nolo,a (< 15¡,Y p-p) .,.lthout ny,terol• o, 
<>v~• IIMIQOVer 
♦ Ck>cll •nd R•lwence On.Chlp 
• Tfl/e Oltterentlal R•r••~ on<I tn~ut 
♦ Tnrt P,;,tull)' lndlallcn fot P1ed11on Hull 
Applu.llon• 
♦ Monoll!Nc CM_O_S d•M<iln 
__ Ord•ring fnfarmatlon 
/ P.lRT 
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ICl.1!0600H <fCIO +TO"C 
ICl.7'c,!CIO <fCIO t10'C 
1Cl7107Cl'I. 0-CIO +WC 
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Pin Conf/guratlon 
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3½ Digit A/D Con verter 
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HOJAS DE ESPECIFICACIONES 
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Ptuh<Pac»;• 
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LM2900/LM3900/LM3301 Quad Amplifiers 
General Desc-t1plion 
Tt.oU.,1'.«>-co•"'"""'"'-'~-"""'-..,..,.,.,, """"'"""...,¡ ~.....,, ..... ~ _,._,.,.,_.,...,ol•~--~ 
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Features 
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Schematlc and Connectlon Olagrams 
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HOJAS DE ESPECIFICACIONES 
Absolute Ma,:imum Ratlngs 
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LM2587 
SIMPLE SWITCHER® 5A Flyback Regulator 
General Descript1on Features 
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IIOJAS DE ESPECIFICACIONES 
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onéuctors are cles,gned for use w,th T1 (SM) 04435·8 22 
NaMnal Semrconducto, LM2585, TI (PCJ 04434·8 22 
LM2586, LM2587 and LM2588 T2(SM) 04436 8 22 
SIMPLE SWITCH EA' sw,tching T2(PC) 04337·8 22 
regu'ators Theyarea11ailabIe,nboth T3 (PC) 04343·8 85 
surface mou ni ancl through hale con- T4(PCJ 04344·8 85 
!tgura1,ons. Ali feature 500 V 1sola· TS(SM) 04437·8 55 
hon belween windings and a 11anety T5(PC) 04338·6 66 
o! availablc turns catIos T6(SM) 04438·8 65 
T6(PCJ 04339·8 66 
T7jSM) S6057-A " T7(PC) S6000·A 47 
Surface ,\fount- Tl, T2, T5, T6, T7 
Amax Bmax Cmax D E 
1 00'2540 82512095 7(X)/1778 840/21.34 730/18.54 
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Centro de Instrumentos. 
UNAM 
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| Sensores de Temperatura 
| Martinez Gutrérrez Damot___ Abril de 1999 Page 4 of   1 
  
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Control de Temperatura y amperimetro 
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Programas de control para la 
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Regulagor de Velocidad del Aglador 
Marinez Gutiérrez Dariei Abril de 1999 
     
    
  
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DIAGRAMAS ELECTRÓNICOS 
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-Vr;:,c o 
\l'l :--·DIC/_C PROGRAMAS DE CONTROL PARA LA TARJETA A/D 
Programa principal del convertidor A/D 
' llodo Bipolar (O para un1polar) 
::: r::?u-.DC-.:-'-3) > 127 THEN GOTO 140 
S:.iT A0C· + 1, l 
H '. r;¡p (ADC-.: + 2) ANO &HF) 
rnP (ADC· + l) 
I1:? (ADC~) 
JUT .:..ve• + 1, o 
canal de entrada, O or 
dirección de puerto por default 
calibración 
'esperar hasta 
asegurar congelamiento 
obtener los cuatro bits altos 
obtener la mitad del byte 
obtener la parte baJa del byte 
descongelar 
cou:n 1 = L + M * 256 + H * 65536 ! ' comlnnar cuentas 
?R!l:T USillG "11######1;"; COUNT 1 , ' imprimir cuent.a 
;,_- VOLTS= COUNT! * 9.536743E-06 - 5 ' convertir a volts 
PRH:7 USING "##lh!#.##ltllff"; VOLTS ' impr:imir volts 
I:' I!:KEYS='"' THEl! GOTO 140 ELSE END ' presionar tecla para parar 
?Rif;T "Calibrating" empezar rutina de calibración 
OUT ~oc~+ 1, l congelar 
J OUí ADC~, 48 + BP~ calibración de offset 
2~0 OUT ADC~, 48 + 64 + BP% 
2~) OUT ADC~, 48 + BP; 
OUT ADC-.: -<- 1, O 
L ~r Ili?(ADC-.:+3) > 127 THEN GOTO 310 
ouí ;;uc~ + 1, 1 
OUT ADC-.:, 32 + BP ~ 
:!·; 'J OUT ADC~, 32 + 64 + BP% 
:5c;c., OUT P.DC~, 32 + Bh 
1GS OUT ADC~ + 1, O 
Ir' Il/P{ .. WCH3} > 127 THEN GOTO 370 
0-,..;7 ;,·:x:.:, CH: "" ló + BP'::-
L' RE~UR!! 
ajustar bit de calibración 
limpiar bit de calibración 
descongelar 
'esperar hasta 
congelar 
calibración a escala completa 
aJuste de bit de calibración 
limpiar bit de calibración 
descongelar 
'esperar hasta 
selccionar canal 
fin de la calibración 
XXIX 
\!'F'\iJJCE C PROGRAMAS DE co;,TllOL PARA LA J'ARJ(o J'A A/D 
Programa proporcionado por Lawson Labs para control dQ la tarJgta 
A/D. 
230 
Lav,son Labs 
15 Phoenixville Pike 
Malvern, PA 19355 
800 321-5355 610 725-8800 
Sample driver program for Model 141 20-b:'.-t A/D converter board 
Usable with interpreted BASIC., QuickBASIC or QBASIC 
Rev. O February 3, 1992 
Card base address : 
The delta sigma card requires 4 consecutive port addresses. 
To obtain the base address from the DIP switch settings, use 
O for ON and 1 far OFF in the following formula : 
2.:'J 8 ~ (SW7 * 64 + SW6 * 32 + SWS * 16 + SW4 * 8 + SW3 * 4 + SW2 * 2 + SWl) 
/S(J 
/60 
;.. 7(, 
3')0 
110 
320 
J::G 
350 
JGO 
3·10 
380 
390 
.;·10 
The default setting is Hex 230 (decimal 560) 
SU7, S1'13 and SW2 are OFF and all others are ON 
Conversion Clock 
The jumper in the upper left hand corner of the board sets 
the clock rate far the card. 
The jumper in position 1 yields 224 KHz. 
The jurnper in position 2 yields 895 KHz. 
The jumper in posi tior. 3 yields 3. 58 MHz. 
The corner frequency at 224 KHz 1s O.SS Hz, with 
calibrations requiring 10 seconds to complete. 
The update rate is 218 Hz. 
The corner frequency at 895 KHz is 2.2 Hz, with cal1brat1ons 
requiring 2.5 seconds to complete. Update rate= 874 Hz. 
The cerner frequency at 3.58 MHz is 8.7 Hz, with cal1brat1ons 
requiring 0.7 seconds to complete. Update rate= 3.5 KHz. 
Inputs: 
maximum differential input 
common mode voltage range 
overvoltage protection 
+/- 5.0 volts 
+/- 6.0 volts 
120 volts continuous 
<iBO 20-bit resolution with no m1.ss1ng codes. +/- 4 counts reproduc1bil1ty 
490 (bipolar mode with 895 KHz clock) 
soo 
510 
520 
530 
540 
550 
560 
570 
SBO 
590 
600 
610 
READS: 
l'IRITES: 
Base address low byte of answer 
Base + 1 middle byte of answer 
Base + 2 high byte of answer 
Base + 3 status most sig bit= CONVERTING 
4th most sig bit= DIGITAL 
Base address control word 
least sig nibble 1.s A, B, C & D output 
bit 7 is BIPOLAR RANGE 
bit 6 1s CALIBRATE 
bits 5 & 4 are Channel Selection code 
code 00 selects input channel O 
XXX 
INPUT 
1\l'I.SD!CE C PROGR~MAS DE CONTROL PARA LA TARJETA A/IJ 
codc 01 select.s .1.nput channel l 
-;ooe 10 selects the full sea le cal1.braL.1.on 
cocie ll 
5ase + l 
o:r-. c1,s 
A:;:- ~ &H230 : GOSUB 1680 
::Ill 5 : MAX = -5 
selects the offset (zero) 
least s.1.g bit ,s FRE:EZE 
start with &creen clear 
get board base address 
in1.tialize max and m1.n 
c.alibratJon 
·r,í1 bP~ = 128 
CH• O 
BIPOLAR HODE (use O for un1.polar} 
default input channel 
ce• -= o 
GOSUB 1230 
7''") GOSUB 900 
;~~ H = O: M = O: L = O 
default output control code 
default number of counls to average 
print column head1.ngs, etc. 
offset, fullscale calibration 
initialize data readout 
·no FOR 11 = 1 TO AVG~ average loop counter 
-~o OUT ADC• + 1, 1 assert freeze 
·;c,ü H H -'" {IIJP(ADC?", + 2) AND &HF) get the 4 most s1.gniflcant bits 
.'1(,rJ M = M + INP{ADCt + 1) get middle byte 
f-.: •J L = L + IIJP (ADC<\) get low byte 
S10 OUT ADC~ +1, O unfreeze 
f; j(J !lEXT get next data for averaging 
r,.¡(J GOSUB 1080 convert data to volts and print 
!;','; AS = I1JKEY$ check for keypress 
tií/J If' A$ == " " THEN NIN = 5 : MAX = -5 ' "SPACE" hit, reset max and min 
ORA$= "M" THEN GOSUB 1290 ' offer menu !l'iú IF AS = "m" 
I F CSRLHl = 
GOTO 760 
23 THEN LOCATE 3, 1 ' wrap around to top of screen 
PRHIT "Calibrating"; 
OUT ADCC~ + 1, 1 
OUT ADC~, 48 + BP~ 
OUT ADC'~, 48 + 64 + BP% 
START=TIMER 
OUT ADCS, 48 + BP% 
OUT ADC~ + 1, O 
do another average loop 
LOCATE, 1 ' beginning of cal1brat1.on routines 
freeze 
offset calibration code 
set cal1brat1.on bit 
remember the time 
clear calibratlon bit 
unset freeze 
IF rnP /ADCi+3) > 127 THEN GOTO 970 'wait til done 
'.tfJt) OUT ADC! + 1, 1 freeze 
990 OUT ADc;, 32 + BP% fullscale cal1.brat1.on code 
1000 OUT ADC%, 32 + 64 + BP% set calibration bit 
1010 OUT ADC~, 32 + BP% clear calibration bit 
1020 OUT ADC% + 1, O unset freeze 
:!.030 IF INP(ADC% + 3) > 127 THEN GOTO 1030 'wait til done 
1040 CALTIM = TIMER - START ' compute time required for calibration 
1050 OUT ADC%, CH%* 16 + BP% + CC% ' select channel 
1060 
1070 RETURN 
wait for settling cango here 
' end of calibration 
1080 REM volts ' start of count to volts conversion routine 
1090 COUNT! = L / AVG% + {M / AVG%) * 256 + (H / AVG%) * 65536! 'merge counts 
1100 PRINT USING "########"; COUNT 1 ; print count 
1110 VOLTS= COUNT! * 9.536743E-06 - 5 convert to volts 
1120 IF 8P~ =O THEN VOLTS= COUNT 1 * 4.768372E-06 ' for unipolar 
1130 PRINT USING "#####.#####"; VOLTS; print volts 
1140 IF VOLTS< MlN THEN MIN = VOLTS 
1150 IF VOLTS> MAX THEN MAX = VOLTS 
1160 PRINT USING "#####.#####"; MIN; 
1170 PRINT USING "#####. ###ff#"; MAX; 
1180 PRINT USING "#####.#####"; MAX - MIN 
xxx, 
set minimum reading 
set maximum reading 
print minimum reading 
print maximum reading 
print the spread 
\l'I .\.DICL C PROGRAMAS DE CONTROL PARA L.\ TARJE l'A A/D 
' rememb,c,r uhaL ~J\'-' \"0' re on 
;-Jm 161 THtfl PRIJJ'l' "OFF"; ELSC PRIMT "ON 
nm.' ge back th-21e 
LJCi-.TE 25, 
;,;,I¡;·; "?ress space to 
~--Am~ ~~. 63 : PRitlT 
: '.Je·;,..¡::; 1, 1: PRI!lT " 
L'.)c.:.:..Ts 3, l 
~::.rup_;: 
reset !la.-: and :.1in 
''Digital Input '', 
Count Volts 
º' 
end of conve1s.:.on I outine 
menu/status line at bottorn 
J-.i far Menu"¡ 
far d1-11tal input ON/OFF 
Min Ma~. Spread"; 
f1rsL líne far analog data 
c,::...s : LOCATE 2$, 10 menu screen optíon 
'1: c'?.I::;- "A/D clock - "· show A/D clock rate sensed 
c;.LTIM >ce 5 THEM PRINT "224 KHz"; JUtnper pos1tion 1 
~: (C_;.LTIM > 1.5 AND CALTIM < 5) THEN PRHlT "895 KHz"; ' JUmper position 2 
1l':: !F CALTIM <= 1.5 THEN PRINT "3.58 MHz"; JUmper posit1on 3 
: l~ L'.)CATE 1, 1 go back to top of screen 
_3~,J ?Ril.'T "(l) # points to average (1-32767): ";AVG- 1-32767 points 
l F;-~, PRil:T "{2) input channel ";CH~ channel O or 1 
''/) PRI:iT "{3) digital output code (0-15) ";CC: codes O - 15 
!'Rl:lT "(4) input mode "; bipolar or un1polar 
-~~~ :~ BF? = 128 THEN PRINT ''bipolar'' -2.5 to +2.5 volt range 
:.;:ir, :r BP'.' = O THEN PRINT "unipolar" O to +5 volt range 
-~1,: ?RI::T "(5) recal1brate" far temperature drift 
-~2-::, PRil/T "(6) exit program" done Hith program 
1-;i•) ?RillT "(7) resume operation" continue measurements 
_.;.;o PRI:IT If1PUT "Select";Q% PRINT select menu choice 
•.;':,C IF Q".- < 1 OR Qt: > 7 THEN GOTO 1290 lim1.t to valid selections 
~·iGO IF Q~ = 7 THEN GOSUB 1230 : RETURN redraw headings and exit menu 
1~70 rn; Q~ GOSUB 1490,1520,1560,1600,1640,1670 execute selected choice 
!.·;Bo GOTO 1290 
offer the menu aga1n 
~.;9') IHPUT "ll points to average "; AVG'.) choose # points to average 
. ';O) l'.::;:¡¡ "' 5 : MAX = -5 reset max and min 
_ ~ 10 R.ETU RH 
_:_s¿o IF CH~= O THEN CH%= 1 ELSE CH~ 
lS30 OUT ADCi, CH~ 16 + BP% + cct 
iS,;fJ :-:Ill = 5 : HAX = -5 
_:_ ::,se ?.ETUR.l/ 
. :;-::.,., J.::?UT "digital output code ce, 
1 '.J/') ce~ = ce~ MOD 16 
:SBO OUT hDC~, CH% * 16 + BP% + cci 
1 590 RETURN 
1600 IF Bh "" 128 THEN BP% = 0 ELSE BP% 
1610 CLS : GOSUB 900 
!620 MIN = 5 : HAX = -5 
1630 RETURll 
1640 CLS : GOSUB 900 
1650 MIN = 5 : MAX = -5 
1660 RETURN 
1670 CLS : LOCATE 23, 1 END 
o 
128 
1680 PRINT "ADC address ADC% ;"? (Y/N)" 
1690 A$= INPUT$(1) 
l 700 IF A$ = "Y" OR A$ = "y" THEN GOTO 1900 
1710 IF A$<> "N" ANO A$<> "n" THEN GOTO 1680 
change to other input channel 
select the new channel 
reset max and m1n 
select new output code 
limJ.t code to allowable range 
output the new code 
change to other mode 
must recalibrate far new mode 
reset max and min 
do the recalibration 
reset max and min 
exit from the program 
start with default address 
want to change it? 
no, leave address alone 
ignore J.nvalid responses 
1120 PRINT "Enter ADC% or DIP switch setting in binary." 
1730 PRINT "(For binary, use 1 far ON and O for OFF. "; 
1140 PRIHT" Start with switch #7)"; 
prompt far new addr 
in either binary 
or decimal 
1150 ItlPUT A$ ' enter the new address 
xxxii 
PROGRAMAS DE CONTROL PARA LA TARJETA A/O 
a5sume decimal 1.f <> 7 chL" 
ac-cumulate weighted b1.nary 
7 bits to add up 
~:':SIT· '2 
J..DC:· '""" KDC· 
(7 - :;-¡ 1 T ABS,Vl,L/MID$(A$, 11·, lll - ll ' 1e1e1ght the b1.t 
+ DIGIT 
iüJC· '- ADC· 8: A$= STR${ADC) 
:~>•• IF LE!i(AS) > 4 THEN GOTO 1720 
;,L1C.· = VAL/A$¡ 
·" ,' PRI:lr "ADC· ;_n dec.1mal="; .t\DC~ 
PRillT "ADC~ in Hex="; HE:XS(ADC·) 
add it to the surn 
do all of them 
8-byte boundaries for address 
if > 4, invalid 
assign value input to ADC.· 
display new value in decimal 
also display it in hex 
PRINT "Enter space to 
l\S ce I:lPUT$ (1) 
continuE or Ese to re-enter." ' allow another round 
select choice 
l é! ';<Ü 
: S!O'l 
IF AS = CHRS (27) THE!! 
GDSUB 1980 
CLS GOTO 1720 if Ese, go get a new value 
test far presence of 141 
i':dO IF FOUND'6 THEN RETUR11 
1~2() BEEP : PRI11T "A lfodel 141 board ~1as 
1'130 PRIIH " found at address "; ADC~; " 
!~40 PRINT HEXS(ADC%); '' Hex)'' 
not"; 
("; 
141 found at ADC%, all done 
beep and display message that 
141 board not found at the 
current address 
:',:iQ PRI:lT "Enter space to exit program or Ese to re-enter." ' allow exit here 
: ;1,:;Q AS = H/PUT$ ( 1) select choice 
;9·¡') If A$<> CHR${27) THEN GOTO 1670 ELSE CLS : GOTO 1720 ' exit or try dgain 
1 (¡80 PRINT "Testing for presence of A/D board . ' print message 
199:0 OUT ADC't, 128 ' make sur:e not calibrating 
2000 OUT ADCi + l, l ' assert the FREEZE bit 
?0':0 IF IHP (ADC\ + 3) < 128 THEN FOUND> O RETURN ' CONVERTING bit missing 
?020 OUT ADCi + l, O now remove the FREEZE bit 
L•)30 IF TIMER > 86390 1 THEN GOTO 2030 ' avoid imminent rollover 
21J,:0 START = TIMER ' remember the time 
2050 IF TIMER < START+lO AND INP(ADCH3) 
?060 IF BIP(ADC~ + 3) > 127 THEN FOUND'-: 
/070 OUT ADC~ + l, O 
> 127 THEN GOTO 2050 ' wait and watch 
.:081) IF INP(ADCt + 3) > 127 THEN tOUND-
2090 fOUl/D~ = -1 : RETURN 
xX>..iil 
O RETURN spurious CONVERTING bit 
' start conversion if 140 board 
O RETURN ' must be a 140 
' A/D card appears to be there