viernes, 1 de abril de 2016

Pirómetro Digital Horno de Leña

Hola a todos,

estoy actualmente dedicando algunas horas semanales a la construcción de un horno de leña, algo que tenía en mente. Creo que le sacaremos partido, mi mujer está encantada también...

La idea es utilizarlo para todo tipo de elaboración de alimentos, a parte de guisos y asados, repostería y hacer pan... He estado más de 1 año elaborando pan con una panificadora eléctrica pero no da mucho juego, y el formato no es el más adecuado... así que retomaré esta afición panadera :-)

Ya publicaré una entrada con todo el proceso de construcción, espero que funcione bien... interés estoy poniendo pero es la primera construcción seria que hago y la primera vez que pongo un ladrillo. Llevo desde octubre de 2015 y estoy finalizando por lo que en mayo (después de 8 meses) veré el proyecto finalizado. No he hecho algo simple, es decir, una base y el horno encima sino una construcción con ladrillo rústico totalmente cerrada que contempla una hornilla y un horno de 70cm de diámetro interno. La estructura va a pesar  más de una tonelada (y larga...) ya que lleva unos 500Kg de ladrillo refractario, decir que cada ladrillo pesa 2 Kg, son bastante pesados!.

Hecha la introducción, he decidido en el horno no poner el clásico pirómetro de reloj, estos elementos que son mecánicos y algo delicados se ven afectados por la humedad, en exteriores recomiendan retirarlos cuando el horno no está en uso. Hacer este elemento digital me pareció interesante (aquí sé algo más...), ya no porque sé que iba a disfrutar en su diseño y construcción a parte de que va a ser más robusto sino porque este elemento le dará un toque de modernidad que me pareció interesante.
También me ha salido más económico que el pirómetro macánico que ronda los 50 euros y a parte los gastos de envío teniendo en cuenta que no me ha llevado mucho tiempo hacerlo (el tiempo es oro). Le eché dos tardes.
Poner un pirómetro digital me ha obligado a llevar tensión al horno, pero estaba obligado a ello ya que decidí poner iluminación interior adquiriendo un conjunto para ello, un repuesto de horno eléctrico en eBay que sale bien de precio.

Todo ha quedado bastante bien ya que estoy reformando el patio entero, como voy a cambiar el suelo he aprovechado para meter tubos y llevar iluminación a distintos puntos y dar un toque decorativo. Así que casi nada está visible.

Aunque creo que no le voy a dar mucha castaña al horno, no tengo intención de que alcance más de 350ºC, he decidido en el diseño del pirómetro fijar un máximo de 450ºC en su funcionamiento. La sonda que he comprado por eBay es especial, es una PT100 con rango máximo de 425ºC.
En concreto es esta:




Decir para quien no conozca estos dispositivos, que estas sondas de temperatura se conocen como sondas resistivas de temperatura (RTD), se basan el las propiedades de variación de resistencia de los metales con la temperatura (agitación electrónica). La PT100 es una sonda de platino (se usan otros metales) que tiene una resistencia de 100 Ohm a 0ºC. El problema de las RTD es que la variación de resistencia con la temperatura es muy baja, por cada 10ºC la resistencia varía unos 3 ó 4 Ohm lo que obliga a manejar un CAD (conversor analógico/digital) de gran resolución si queremos precisión, también se ven afectadas por los propios cables por lo que hay circuitos dedicados a eliminar (minimizar más bien) estos errores. También es importante utilizar un regulador de precisión (algo caros).
En mi caso no necesito una precisión de 1ºC, me da igual si el horno está a 240ºC o está a 230ºC... el pollo va a salir calentito :-)

Tengo un vídeo donde explico un poco la electrónica del termómetro, hablo de termómetro, cuando usamos la palabra pirómetro hacemos referencia a un instrumento que mide altas temperaturas, 300ºC son altas temperaturas??, quizás 2000ºC sí...  :-)  Cualquiera de las dos bajo mi punto de vista son correctas..

Adelanto que se trata de un circuito sencillo que utiliza un regulador de tensión de 5V de precisión y un divisor formado por la PT100, las variaciones de resistencia de la PT100 se convierten en variaciones de tensión hacia el CAD del microcontrolador...
También utilizo el regulador para generar la tensión de referencia (Vref) del CAD de 10 bits del microcontrolador PIC utilizando otro divisor. Este divisor sirve para calibrar el pirómetro, en principio está a un valor de Vref teórico de 1,02 V que me dan una resolución por bit de 1 mV ya que 1,02Vref / 1024 = 0,0009 V, es decir 1 mV

Divido por 1024 ya que el CAD es de 10 bits.

Digo que el valor teórico es de 1,02V porque la sonda se ve afectada por los cables, la calidad de la sonda, etc.  Hablo de calidad porque la PT100 está estandarizada y hay unas tablas de resistencia en función de la temperatura que la sonda podría no cumplir, estoy utilizando una sonda barata...

El vídeo del termómetro para horno de leña:




El vídeo es anterior a esta entrada, al final el rango varía ya que depende de la sonda pero como digo es más que suficiente.

El termómetro tiene una resolución de 5ºC debido a la resolución del CAD como explico y la programación la he realizado según las tablas de la PT100. Lo he hecho así por obtener mayor precisión ya que hasta 100 grados es líneal más o menos pero a partir de 100ºC hace una pequeña curva acorde a una función polinómica pero como he visto que el coeficiente de temperatura  varia también según el rango he preferido programar con los datos de la tabla. Por eso comento que la precisión dependerá de la calidad de la sonda y por tanto, de cuanto se ajuste a dicho estándar.

Gráfica PT100, vemos que es casi lineal, he indicado el punto de 100 Ohm a 0ºC:





Parte de la especificación de valores estandarizados de la PT100:



La PT100 se fabrica en distintos rangos y pueden llegar a temperaturas de -200ºC (bajo cero)
En la tabla se observa por ejemplo que desde 0ºC a 100ºC  la variación no llega 39 Ohm, esta poca sensibilidad es lo más importante a tener en cuenta en un desarrollo.

Por otro lado, he implementado en el firmware del invento una detección de sonda averiada, si la sonda se estropea y queda en circuito abierto o cerrado es posible detectarlo y por tanto dar un mensaje de "Sonda No OK" (que es lo que hago).
Como hay un divisor de tensión, del que forma parte la PT100, si se queda en circuito abierto nos aparecerá la tensión del regulador, es decir 5V a la entrada del CAD del microcontrolador PIC, al detectar valores fuera de rango podemos mostrar el mensaje de "Sonda No OK", Este mensaje también lo obtendremos si la PT100 no está conectada.

Si por algún motivo se cortocircuita la PT100 (o avería), a la entrada del CAD tendremos 0V ya que quedará la entrada conectada a masa. También podemos por tanto detectar esta situación. Tendremos que cambiar la sonda, en la práctica ya veremos lo que nos dura la sonda barata.




El Hardware lo hice como un prototipo pero no tuve que hacer muchas modificaciones cuando lo construí y lo he dejado como definitivo. Lo he metido en una caja de empalmes practicando una ventana y colocando un cristalito. La caja la empotraré en la construcción dejándola protegida de la lluvia.
También indicar que he usado un transformador de 220Vca a 6Vca para que la cajita reciba directamente tensión de la red, así me olvido de fuentes y otros elementos externos. Como digo en el vídeo la placa lleva el rectificador incorporado.

Para la sonda he montado un tubito pasante en el horno, al interior del tubo le he dado rosca con un macho de roscar, así podré fijarla y en caso necesario sustituirla.



Este el tubo roscado visto desde el exterior del horno donde va colocada la sonda, la punta de la sonda asomará ligeramente por el interior del horno (unos milímetros), el tubo tiene rosca de métrica 8, el diámetro de la sonda es de unos 5 mm.

Aunque se ve en el vídeo, esta es la sonda operando a temperatura ambiente:



He hecho pruebas con sondas de poco más de 1 euro que he utilizado para el desarrollo, y que no funcionan mal, evidentemente no llegan al rango de la PT100 actual. He realizado pruebas con el horno eléctrico de la cocina y me han sorprendido los resultados obtenidos, tengo un polímetro que mide temperatura hasta 600ºC con resolución de 1ºC que he utilizado para verificar el invento!.

También he añadido un mensaje del autor cuando enciendes el chisme ;-)


Bueno...
Espero que haya resultado amena la lectura e interesante, en breve pondré más información sobre este desarrollo y cuando lo ponga en funcionamiento (en breve) ya comentaré cómo se comporta.

Un saludo.
Víctor.

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