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Resumen
El objetivo de este proyecto es motorizar una válvula de inyección rotatoria usando un motor DC (la opción más barata) que ha sido recuperado de equipos obsoletos como una unidad lectora de CD. Para evitar que el motor esté continuamente conectado y pueda llegar a dañarse, debe utilizarse alguna electrónica que controle la dirección de giro, el disparo del movimiento y la duración de actuación. El funcionamiento de este controlador electrónico se comprueba cuando se utiliza un motor de este tipo para actuar una válvula rotatoria de cuatro vías y se consigue insertar un segmento de líquido, de volumen controlado, en una corriente que fluye por el interior de un tubo sin interrumpir el flujo.
Descripción
Las válvulas de inyección que usan los equipos analíticos comerciales son manuales o están motorizadas al accionarse con un motor por pasos. Estos motores son precisos y fiables, pero son relativamente costosos y su electrónica y programación es compleja. Una alternativa mucho más económica sería usar un motor DC que, además, puede obtenerse usado de muchos restos de material eléctrico o informático como, por ejemplo las unidades lectoras de CD o DVD de ordenadores de sobremesa, juguetes con partes móviles o maquinillas de afeitar con pilas. El problema de utilizar estos motores es que están pensados para estar funcionando de forma continuada y las válvulas rotatorias sólo se activan durante periodos muy cortos. Para adaptar la operación del motor a cómo funciona la válvula es necesario diseñar un controlador electrónico que gestione cuando debe activarse el motor, durante cuanto tiempo y en qué dirección debe girar.
En la figura anterior se muestra el diagrama de bloques del controlador de motor DC que hemos diseñado. Es un controlador que, conectado a un alimentador de 12 o 15VDC, puede funcionar por sí solo. La acción del motor comienza al presionar el pulsador. Este pulsador genera una señal que activa un circuito monostable configurado para permitir la activación del motor durante un tiempo determinado, transcurrido el cual el motor se detiene evitando que se dañe o sobrecaliente. La señal del pulsador actúa también sobre un flip-flop que almacena un bit de memoria, indicando al motor hacia qué lado debe girar. Un puente en H se encarga de polarizar el motor de acuerdo al valor de este bit. cada vez que se presiona el pulsador se activa el motor en una dirección distinta, lo que significa que la válvula cambia de estado.
El controlador está diseñado para que pueda acoplarse a un microprocesador Arduino. El uso de este procesador permite que una señal digital simule la actuación del pulsador y dispare el cambio de estado de la válvula. De esta forma puede accionarse la válvula desde un ordenador remoto, dado que Arduino puede comunicarse con él mediante una conexión USB. Este ordenador también puede leer el estado actual de la válvula, con lo que la sincronización es completa. Si se conecta el Arduino al controlador, ambos dispositivos pueden alimentarse desde la misma fuente, con lo que se ahorra el uso de dos alimentadores diferentes.
Las válvulas rotatorias se componen de una parte fija, a la que se conectan los tubos de entrada y salida de líquidos, y una parte móvil que gira respecto a un eje, en la que se alojan las conexiones internas de la válvula. El motor DC se acopla a la válvula de forma que arrastra el giro de la parte móvil. Nuestro diseño utiliza una correa de transmisión entre el eje del motor y la pieza giratoria. Para evitar fugas de líquido las caras enfrentadas de ambas piezas deben ser totalmente coplanares y mantenerse presionadas una contra otra (usamos un muelle). Además los canales de líquido deben quedar perfectamente alineados en las dos posiciones de la válvula, para ello se utiliza un tope mecánico y el motor debe empujar a pieza móvil desde un tope hasta el otro. Modificando el diseño de los canales de líquido, se puede cambiar la configuración de la válvula y fabricar válvulas de 4 vías, de 6 vías, etc.
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Todas las piezas necesarias para montar la válvula se han fabricado en metacrilato para mostrar con mayor claridad el diseño. La electrónica se separa de la zona por la circulan los líquidos tras una pared para evitar cortocircuitos en caso de existir fugas. Entre el material publicado pueden encontrase planos detallados de todas las piezas, instrucciones de montaje, esquemas eléctricos del controlador, máscaras de componentes y pistas para fabricar la PCB por fotograbado, ficheros de impresión 3D, listas de componentes y materiales y mucho más.
Vídeo demostrativo
Este vídeo muestra que el concepto de válvula motorizada con un motor DC es totalmente funcional. Es posible actuar una válvula rotatoria con un motor de este tipo con sólo pulsar un botón.
